一种棒状臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法与应用技术

技术编号:22288760 阅读:26 留言:0更新日期:2019-10-14 23:12
本发明专利技术提供了一种棒状臭氧催化剂Cu‑OMS‑2的制备方法与应用,所述制备方法包括如下步骤:提供第一溶液,所述第一溶液包括Mn

【技术实现步骤摘要】
一种棒状臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法与应用
本专利技术属于水污染治理
,尤其涉及一种棒状臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法与应用。
技术介绍
臭氧作为一种强氧化剂,在水中有着较高的、仅次于氟的氧化还原电位(2.07eV),且不容易发生二次污染,使用方便,利用空气可以就地制备。臭氧不仅可以氧化分解水中的有毒有害物质,起到除嗅、除色的作用;也可以氧化溶解性的铁锰,具有广泛的灭菌消毒能力。臭氧氧化有机物可通过两种途径:一是直接与化合物反应;二是依靠臭氧与水接触后生成反应速率更快、氧化性更强的羟基自由基(∙OH)进行间接氧化。单独臭氧处理废水,存在臭氧利用率低,化能力不足,臭氧含量低及处理效果差等缺点。相比之下,催化臭氧氧化由于生成了氧化能力更强的∙OH,使反应速率加快,选择性变小,从而更加彻底地分解有机物,如降解难分解的小分子有机酸、醛等。因此,催化臭氧能够显著提高废水的矿化率,近年来成为污水处理领域的研究热点。催化臭氧技术按照所使的催化剂的不同,又可分为两类。一类是以金属离子来作为催化剂的均相臭氧氧化,另一类是以金属氧化物(MnO2、Al2O3、TiO2)、负载型金属氧化物等固体材料作为催化剂的非均相臭氧氧化。由于均相催化有其自身缺点,如反应过程中催化剂易流失,反应结束后金属离子难以分离和回收利用等,这使得后续金属离子的去除难度增大,直接增加了运行成本。此外,过渡金属一般对人体有害,影响处理水质,若不能有效去除,将大大降低处理后水的回用价值。因此,国内外研究学者更多的将注意力集中在具有高降解速率,高矿化度,且催化剂易于分离回收的非均相催化的研究上。目前臭氧催化氧化技术中研究最多的非均相催化剂多以固态形式存在,具有反应活性高、速率快、易于分离,流程简单等优点,但反应后会有部分金属离子溶出,造成催化剂活性降低及进一步环境污染,需要在臭氧催化氧化反应后进行一定的后续处理,这将会导致臭氧催化氧化工艺的复杂化,提高水处理成本。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷,本专利技术的主要目的在于提供一种纤维棒状复合型臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法与应用,本专利技术将Cu2+掺杂到OMS-2结构中用于臭氧催化过程,实现了废水中有机污染物的快速降解及矿化,同时Cu的掺杂显著提高了OMS-2的催化活性和稳定性,反应溶液中金属离子溶出极低。为了达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种棒状臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法,所述方法包括如下步骤:提供第一溶液,所述第一溶液包括Mn2+溶液[如:乙酸锰(Mn(CH3COO)2)、氯化锰(MnCl2·4H2O)、硝酸锰(Mn(NO3)2)、硫酸锰MnSO4·H2O)]、二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)以及分散剂;提供第二溶液,所述第二溶液包括第二溶剂以及均匀分散于第二溶剂中的高锰酸钾(KMnO4)粉末;将所述第二溶液均匀滴入所述第一溶液中,搅拌超声得到混合物;将所述混合物置于水热反应,之后离心、烘干、研磨、高温煅烧,得到Cu-OMS-2臭氧复合催化剂。作为进一步的优选,所述第一溶液中的Cu2+与Mn2+的摩尔比为0.1-0.8。作为进一步的优选,所述超声搅拌包括:在滴入过程中搅拌以及滴入完毕后的搅拌,滴入完毕后搅拌为:在10-30°C下超声搅拌10-30min。作为进一步的优选,所述水热反应包括:将所述混合物置于反应釜中,进行100-160°C的高温反应。作为进一步的优选,所述水热反应时间为24h。作为进一步的优选,所述混合物离心的转数为7000-10000r/min。作为进一步的优选,所述混合物烘干温度为80-100°C。作为进一步的优选,所述混合物烘干时间为12h。作为进一步的优选,所述煅烧温度为400°C。作为进一步的优选,所述煅烧的升温速率为4°C/min,煅烧时间为2-4h。一种Cu-OMS-2臭氧催化剂的应用,用于催化臭氧氧化有机污染物。作为进一步的优选,所述有机污染物包括草酸(OA)。本专利技术的有益效果是:(1)本专利技术首次以水热合成法将Cu2+掺杂到OMS-2晶体结构中,合成Cu-OMS-2臭氧催化剂,并将Cu-OMS-2催化剂用于臭氧氧化降解有机污染物的过程中,提高了臭氧分解产生∙OH的效率,进而加速了水中有机污染物的降解和去除,未来可在工业废水、回用水处理中实现广泛应用。通过对该污染物的降解研究可以为其它同类型的污染物的降解提供一种降解模式。(2)Cu-OMS-2具有比表面积大、活性位点多、晶格氧流动性能大等优点,同时在非均相臭氧氧化体系中催化剂分散性好,重复利用多次后仍然保持较高催化活性,在pH为4~10条件下,均能够取得较好的催化效果,且催化剂投加量小,重复利用性能稳定;且催化剂制备过程简单,易于实现,催化臭氧氧化过程中金属离子溶出浓度较低,可应用于城市生活污水、地表水和工业回用水的深度处理过程。(3)本专利技术制备方法以含Mn2+的材料为前驱物,采用水热合成的方法制备出晶型较好的Cu-OMS-2。并且采用单因素控制试验,研究了合成过程中Cu2+掺杂量和掺杂方式、煅烧温度、保温时间等条件对催化剂活性的影响,优化最佳的催化剂合成条件,达到可以实现快速、高效催化臭氧降解水中微量污染物的效果。附图说明图1为本专利技术实施例Cu-OMS-2臭氧催化剂的制备方法的流程示意图。图2为本专利技术实施例1制备出的Cu-OMS-2的SEM图。图3为三种不同催化氧化体系中OA的降解曲线对比示意图。图4为三种不同催化氧化体系中OA的降解曲线动力学数据示意图。具体实施方式本专利技术实施例通过提供一种纤维棒状复合型臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法与应用,解决了传统金属催化剂反应后部分金属离子溶出,造成催化剂活性降低及进一步环境污染等问题,而将Cu2+掺杂于OMS-2结构中用于臭氧催化过程,研究其对水环境中有机污染物的降解效果。为了解决上述缺陷,本专利技术实施例的主要思路是:本专利技术实施例Cu-OMS-2臭氧催化剂,将其应用于催化臭氧氧化有机污染物的过程中。如图1所示,本专利技术实施例Cu-OMS-2臭氧催化剂的制备方法,所述方法包括如下步骤:提供第一溶液,所述第一溶液包括Mn2+溶液、CuCl2·2H2O以及分散剂;提供第二溶液,所述第二溶液包括第二溶剂以及均匀分散于第二溶剂中的KMnO4粉末;将所述第二溶液均匀滴入所述第一溶液中,搅拌超声得到混合物;将所述混合物置于水热反应,之后离心、烘干、研磨、高温煅烧,得到Cu-OMS-2臭氧复合催化剂。OMS-2是一种孔径为0.46nm,由[MnO6]八面体链内共棱的一维孔架结构的锰氧化物。其骨架中存在多种价态的锰离子,又有大量敞开的层间和孔道结构,可提供大的比表面积,有助于O3的催化氧化。作为地球丰富、低成本和环保的材料,由于OMS-2独特的结构特征,因此广泛应用于催化氧化、污染物的精细化学合成和环境净化中等各种方面。本专利技术预通过金属掺杂改性OMS-2,从而改变催化剂的比表面积,稳定性以及孔结构,从而提高催化剂的催化活性。Cu作为古老的金属元素之一,具有良好的延展性,成本低,是唯一能大量天然产生的金属,在Cu-OMS-2结构中,Mn-O-Cu体系的催化剂活性更为明显。与低活性的OMS-2相比,Cu-OMS-2因其结构特性,具有比表面积大、活本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种棒状臭氧催化剂Cu‑OMS‑2的制备方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:提供第一溶液,所述第一溶液包括Mn

【技术特征摘要】
1.一种棒状臭氧催化剂Cu-OMS-2的制备方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:提供第一溶液,所述第一溶液包括Mn2+溶液[如:乙酸锰(Mn(CH3COO)2)、氯化锰(MnCl2·4H2O)、硝酸锰(Mn(NO3)2)、硫酸锰MnSO4·H2O)]、二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)以及分散剂;提供第二溶液,所述第二溶液包括第二溶剂以及均匀分散于第二溶剂中的KMnO4粉末;将所述混合物置于水热反应,之后离心、烘干、研磨、高温煅烧,得到Cu-OMS-2臭氧复合催化剂。2.根据权利要求1所述的Cu-OMS-2臭氧催化剂的制备方法,其特征在于:所述第一溶液中的Cu2+与Mn2+的摩尔比为0.1-0.8。3.根据权利要求1所述的Cu-OMS-2臭氧催化剂的制备方法,其特征在于:所述第一溶剂和第二溶剂选取无污染的去离子水。4.根据权利要求1所述的Cu-OMS-2臭氧催化剂的制备方法,其特征在于:所述超声搅拌包括:在滴入过程中搅拌以及滴入完毕后搅拌,滴入完毕后搅拌为:...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁向娟夏东升孙磊刘静石函鹭柯玲杰
申请(专利权)人:武汉纺织大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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