用于有机污染物的催化氧化的双金属复合催化剂制造技术

本文所公开的是催化复合材料，包括：包括Na

Bimetallic composite catalysts for catalytic oxidation of organic pollutants

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于有机污染物的催化氧化的双金属复合催化剂
本专利技术涉及一种包括金属氧化物基质和金属纳米颗粒沉积物的催化复合材料，以及所述材料用于温和反应条件下有机材料的催化湿式空气氧化的用途。
技术介绍
在本说明书中对先前出版的文件的列出或讨论不必被认为是该文件是现有技术的一部分或是公知常识。环境污染是当今世界面临的主要关切和挑战之一。在水污染的情况下，从石化、纺织、制药、化学和汽车工业产生大量的工业废水和挥发性有机污染物，所有这些都可能危害环境。因此，在将这些工业废水和废物流排放到周围环境中之前，必须对其进行适当处理，以去除各种有毒、难降解和/或挥发性有机化合物。另外，国家和/或地方政府已经执行越来越严格的法规，仅允许在工业废物和其他废物流排放物中存在少量有机污染物，这不可避免地激发了人们对废水处理的兴趣。一类最受关注的化合物是有机染料，它们代表了一大类难降解有机污染物。据估计，2003年全球工业使用了10,000多种不同的染料和颜料，并生产了7x105吨以上的合成染料(H.Zollinger，彩色化学：有机染料和颜料的合成、性质和应用(Colorchemistry:Synthesis,propertiesandapplicationsoforganicdyesandpigments)，第3修订版，Wiley-VCH,Weinheim，瑞士苏黎世(ZurichSwitzerland)，(2003)637)。在应用过程中，全球染料总产量的约1-20％排放到水生环境中，这可能会导致严重损害水生植物的光合作用活性和人类健康(http://www.food-info.net/uk/colour/azo.htm；M.Vakili，等人，Carbohydr.Polym.，2014，113，115-130；M.Yuan，等人，Appl.Surf.Sci.，2011，257，7913-7919)。迄今为止，已经开发了许多处理废水的工艺。这些工艺包括生物工艺、热分解、吸附、膜工艺和高级氧化工艺(AOP)。但是，这样的工艺有其自身的局限性。例如，生物工艺不适用于不可生物降解的化合物和剧毒的化合物的处理，而热分解通常仅用于高化学需氧量(COD)工业废水(典型的COD>10gL-1)，其由在高于1000℃的温度的全部燃烧组成。此外，热分解是一个非常耗能的工艺，其产生灰烬，固体废物和含有NOx、SOx和二噁英的有毒烟雾。吸附和膜工艺非常高效，但需要进行一系列的预处理和后处理。尽管常规的化学氧化方法可以在室温进行，但是需要使用昂贵的且对环境不利的氧化剂，例如氯、二氧化氯或高锰酸钾。大多数AOP依赖于使用由紫外线活化的氧(光催化工艺)、臭氧(臭氧化工艺)或过氧化氢(湿式过氧化物氧化和Fenton工艺)产生的高活性自由基。然而，用AOP例如臭氧化工艺和Fenton工艺处理工业废水的成本与COD成比例增加，并且在高COD可变得成本高昂的。催化湿式空气氧化(CWAO)工艺是一种AOP，最近由于它以相对低成本使用空气作为氧化剂而备受关注。然而，大多数报道的CWAO工艺需要高的反应温度和压力(80-180℃和1-5MPa)，这被认为是不希望的(L.Mingming,等人，RecentPat.Chem.Eng.，2013，6，79-86)。这些苛刻的反应条件不仅增加了资金投入和运营成本，而且还引起催化剂的严重浸出，这可导致催化剂失活并进一步污染处理后的废水。最近，Xu及其同事报道了在室温和大气压，在Mo-Zn-Al-O催化剂上通过CWAO降解红色GTL(Y.Xu,等人，Environ.Sci.Technol.，2012，46，2856-2863)。张和其同事报道了更活性的催化剂系统，所述催化剂系统使用Na2Mo4O13/α-MoO3复合催化剂在30℃和大气压下经由CWAO来降解红色GTL(Z.Zhang,等人，Sci.Rep.，2014，4，6797-6805)。尽管这些催化剂具有较高的催化活性，但它们具有浸出问题，并且似乎仅对几种染料起作用，这因此限制了它们的应用。鉴于以上所述，仍然需要用于通过CWAO降解有机污染物的更活性的和稳定的催化剂。更重要的是，这些催化剂必须能够在温和的或环境反应条件下表现出高催化活性。另外，催化剂应具有最小的浸出问题或没有浸出问题，使得它们具有长的使用寿命并且可以被重复使用多次。优选地，所需的催化剂应适合用于气候和自然条件有显著差异的区域(例如，在白天和晚上的温度之间和/或不同季节之间的温度差异都很大的地方)，或在偏远的以及欠发达的地区。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供了一种催化复合材料，其包括：包括Na2Mo4O13和α-MoO3的混合物的金属氧化物基质，其中所述基质为纳米纤维的形式；和元素金属纳米颗粒的沉积物，其中各元素金属纳米颗粒由金或钯组成或为其合金，其中所述元素金属纳米颗粒以相对于所述金属氧化物基质的总重量从0.1至1.2wt％的总量沉积；并且在所述复合材料中元素金与元素钯的重量:重量比为从1:3至3:1。在本专利技术的第一方面的实施方式中：(ia)元素金属纳米颗粒可以以相对于所述金属氧化物基质的总重量从0.5至1.1wt％的总量沉积，例如从0.75至1wt％；(ib)在所述复合材料中元素金与元素钯的重量:重量比可以为从0.5:1至2:1，例如1:1；(ic)所述金属氧化物基质纳米纤维可以具有从500至5,000nm的长度以及从50至500nm的直径，例如从800至4,000nm的长度以及从75至400nm的直径，例如所述金属氧化物基质纳米纤维可以具有从900至3,700nm的长度以及从100至350nm的直径；(id)在所述金属氧化物基质中Na2Mo4O13与α-MoO3的重量与重量比可以为从0.3:1至0.7:1，例如从0.35:1至0.6:1；(ie)所述元素金属纳米颗粒的直径可以为从1至50nm，例如从5至30nm，例如从7至25nm。在本专利技术的第二方面，提供了如本专利技术的第一方面所述的催化复合材料及其实施方式的任何技术上合理的组合在有机材料的催化湿式空气氧化中的用途。在本专利技术的第二方面的实施方式中，所述有机材料可以是选自药物化合物、杀虫剂以及更具体地有机染料(例如番红O、亚甲基蓝和亮绿的一种或多种，或其他具有类似结构的有机化合物)的组的一种或多种。在本专利技术的第三方面，提供了一种有机材料的催化湿式空气氧化的方法，所述方法包括以下步骤：在供有包括氧气的气体流的水性环境中使有机材料与本专利技术的第一方面所述的催化复合材料及其实施方式的任何技术上合理的组合接触以氧化所述有机材料。在本专利技术的第三方面的实施方式中：(ai)所述有机材料可以是选自药物化合物、杀虫剂以及更具体地有机染料(例如番红O、亚甲基蓝和亮绿的一种或多种，或其他具有类似结构的有机污染物)的组的一种或多种；(aii)所述催化复合材料与有机材料的重量:重量比可以为从1x10-4:1至10:1，例如从1x10-3:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化复合材料，包括：/n包括Na

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171102 SG 10201709065X1.一种催化复合材料，包括：
包括Na2Mo4O13和α-MoO3的混合物的金属氧化物基质，其中所述基质为纳米纤维的形式；和
元素金属纳米颗粒的沉积物，其中各元素金属纳米颗粒由金或钯组成或为其合金，其中
所述元素金属纳米颗粒以相对于所述金属氧化物基质的总重量从0.1至1.2wt％的总量沉积；并且
在所述复合材料中元素金与元素钯的重量:重量比为从1:3至3:1。


2.根据权利要求1所述的催化复合材料，其中，所述元素金属纳米颗粒以相对于所述金属氧化物基质的总重量从0.5至1.1wt％的总量沉积。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的催化复合材料，其中，所述元素金属纳米颗粒以相对于所述金属氧化物基质的总重量从0.75至1wt％的总量沉积。


4.根据前述权利要求中任一项所述的催化复合材料，其中，在所述复合材料中元素金与元素钯的所述重量:重量比为从0.5:1至2:1。


5.根据前述权利要求中任一项所述的催化复合材料，其中，在所述复合材料中元素金与元素钯的所述重量:重量比为1:1。


6.根据前述权利要求中任一项所述的催化复合材料，其中，所述金属氧化物基质纳米纤维具有从500至5,000nm的长度以及从50至500nm的直径。


7.根据权利要求6所述的催化复合材料，其中，所述金属氧化物基质纳米纤维具有从800至4,000nm的长度以及从75至400nm的直径，任选地其中所述金属氧化物基质纳米纤维具有从900至3,700nm的长度以及从100至350nm的直径。


8.根据前述权利要求中任一项所述的催化复合材料，其中，在所述金属氧化物基质中Na2Mo4O13与α-MoO3的重量与重量比为从0.3:1至0.7:1，例如从0.35:1至0.6:1。


9.根据前述权利要求中任一项所述的催化复合材料，其中，所述元素金属纳米颗粒的直径为从1至50nm，例如从5至30nm。


10.根据权利要求9所述的催化复合材料，其中，所述元素金属纳米颗粒的直径为从7至25nm。


11.如权利要求1至10中任一项所述的催化复合材料在有机材料的催化湿式空气氧化中的用途。


12.根据权利要求11所述的用途，其中，所述有机材料能够是选自药物化合物、杀虫剂和有机染料的组的一种或多种。


13.根据权利要求11或权利要求12所述的用途，其中，所述有机染料选自由番红O、亚甲基蓝和亮绿组成的组的一种或多种。


14.一种有机材料的催化湿式空气氧化的方法，包括以下步骤：在供有包括氧气的气体流的水性环境中使有机材料与如权利要求1至10中任一项所述的催化复合材料接触以氧化所述有机材料。


15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述有机材料能够是选自药物化合物、杀虫剂和有机染料的组的一种或多种。


16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其中，所述有机染料选自由番红O、亚甲基蓝和亮绿组成的组的一种或多种。


17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，所述催化复合材料与有机材料的重量:重量比为从1x10-4:1至10:1。

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，钟子宜，王朋华，梁颖南，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG