用于有机废水处理的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于有机废水处理的催化剂及其制备方法。用于有机废水处理的催化剂结构式如下：Mn

【技术实现步骤摘要】
用于有机废水处理的催化剂及其制备方法
本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种用于有机废水处理的催化剂及其制备方法。
技术介绍
有机废水是化工、制药、炼焦等行业排放的主要水体污染物，具有成分复杂、难降解、毒性强、对人体健康和生态环境危害大的特点。因此对生产过程中产生的有机废水进行彻底净化是相关行业保持可持续发展的重要保证。目前处理有机废水的主要方法有生物法、物理法和化学法，但生物法很难将有机废水的COD降到200ppm以下，且会产生污泥等固体废弃物；物理法虽效率较高，但所用吸附剂需要再生，效率较低，也会产生有毒的固体废弃物。针对以上缺点，化学法具有高效、净化彻底的优点。其中，固体催化臭氧氧化法是一种环保、高效的有机废水净化方法，提高该法效率的关键在于开发出高效的固体催化剂。目前，制备该催化剂的方法主要有溶胶凝胶法、沉淀法、水热法、浸渍法等，所制备的催化剂主要包含锰、铁、钴、铈等元素。其制备过程通常包括反应、过滤、洗涤、干燥、焙烧、活化等几个步骤。同济大学的马鲁明等利用沉淀法制备了氧化铁催化剂用于催化臭氧氧化处理工业有机废水，TOC去除率达78.7％(Chemosphere195(2018)336-343)。S.Contreras等利用共沉淀法制备了铜-铝复合氧化物用于催化臭氧氧化降解固醇酸废水，TOC去除率可达81.7％(AppliedCatalysisB:Environmental209(2017)523–529)。刘正乾等通过浸渍法制备了氧化锌/石墨催化剂用于催化臭氧氧化处理酞酸二乙酯废水，可使臭氧的利用率达到72.1％(SeparationandPurificationTechnology200(2018)51–58)。以上研究表明，现有的方法可制备出高效臭氧氧化催化剂。但这些方法也存在显著不足，如制备步骤繁琐，难以进行稳定的质量控制；在水溶液中进行沉淀、结晶，难以将掺杂元素均匀地分散到主催化剂的晶体中。因此这些方法进行工业放大时，往往很难使催化剂的性能达到实验室水平。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于有机废水处理的催化剂，性能高、质地均匀、容易放大；本专利技术同时提供了用于有机废水处理的催化剂的制备方法，通过火焰喷射分解快速将催化剂前驱体制备成活性催化剂，步骤简单。本专利技术所述的用于有机废水处理的催化剂，结构式如下：MnxFeyMzOi其中，M为钴、镍、铜、钒、钛、锌、铈、镧或锆中的一种或几种，x为0.2-0.8，y为0.05-0.6，z为0.01-0.25，i为1-2；催化剂的粒径为5-100nm。本专利技术所述的用于有机废水处理的催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将锰的前驱体和铁的前驱体溶于溶剂中得到主催化剂前驱体溶液，然后将主催化剂前驱体溶液通过高压气体分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，经冷凝后，得到主催化剂纳米颗粒；(2)将主催化剂纳米颗粒溶于溶剂中得到主催化剂溶液，然后将M的前驱体溶于主催化剂溶液中得到催化剂溶液，催化剂溶液通过高压气体分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，得到用于有机废水处理的催化剂。步骤(1)中所述的锰的前驱体为锰酸盐、高锰酸盐、锰的硝酸盐、锰的碳酸盐、锰的乙酸盐、锰的柠檬酸盐、锰的草酸盐或锰的2-乙基己酸盐中的一种。步骤(1)中所述的铁的前驱体为铁的锰酸盐、高锰酸盐、硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、草酸盐或2-乙基己酸盐中的一种。步骤(1)中所述的溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、苯、甲苯或二甲苯中的一种。步骤(1)中所述的主催化剂前驱体溶液的浓度为0.05-2.5mol/L。步骤(1)中所述的高压气体为氧气，高压气体的压强为0.1-1MPa。步骤(1)中所述的主催化剂前驱体溶液通过高压气体分散到甲烷-氧气火焰中的流速为2-30mL/min。步骤(1)中所述的甲烷的流量为0.5-3.5L/min，高压气体的流量为1-3L/min，甲烷和高压气体的流量比为1:2-5。步骤(1)中将主催化剂前驱体溶液通过高压气体(即分散氧气)分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，在喷头周围保护氧气形成的气墙保护下，经冷凝后，得到主催化剂纳米颗粒；其中，保护氧气的流量为2-6L/min。步骤(2)中所述的溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、苯、甲苯或二甲苯中的一种。步骤(2)中所述的主催化剂溶液中主催化剂纳米颗粒的含量为1-20wt.％。步骤(2)中所述的M的前驱体为M的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、草酸盐或2-乙基己酸盐中的一种。步骤(2)中所述的高压气体为氧气，高压气体的压强为0.1-1MPa。步骤(2)中所述的催化剂溶液通过高压气体分散到甲烷-氧气火焰中的流速为2-30mL/min。步骤(2)中所述的甲烷的流量为0.5-3.5L/min，高压气体的流量为1-3L/min，甲烷和高压气体的流量比为1:2-5。步骤(2)中所述的用于有机废水处理的催化剂通过收集器收集。步骤(2)中催化剂溶液通过高压气体(即分散氧气)分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，在喷头周围保护氧气形成的气墙保护下，经冷凝后，得到用于有机废水处理的催化剂；其中，保护氧气的流量为2-6L/min。本专利技术制得的催化剂可用于臭氧氧化处理有机废水。本专利技术催化剂的催化机理如下：水中溶解的臭氧被吸附到催化剂表面，臭氧和催化剂表面的羟基或氢氧根离子反应，产生羟基自由基，羟基自由基与水中的有机物或吸附在催化剂表面的有机物反应，将其彻底氧化降解为CO2和H2O。本专利技术的有益效果如下：本专利技术针对制备固体催化剂的传统湿化学法存在步骤繁琐、催化剂质量难以稳定控制、工业放大过程困难的问题，提供了一种利用火焰喷射分解法快速制备用于臭氧氧化处理有机废水催化剂的方法。本专利技术可将溶有催化剂前驱体的溶液通过高压气体分散到火焰中，直接反应获得主催化剂纳米颗粒，然后将其直接用溶剂收集，由于纳米颗粒尺寸小于100nm，可在溶剂中形成凝胶，再加入掺杂金属的前驱体，再次经过火焰喷射分解反应，从而使掺杂金属在主催化剂表面形成活性位点，使其催化活性高，该法具有步骤简单，所制备的催化剂元素具有构成均一、性能高、容易放大的优点。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步描述。实施例1(1)将5g高锰酸钾和3g硝酸亚铁溶于50mL去离子水中，然后用微量注射泵以5mL/min的流速注射到分散氧气中，然后在喷头周围保护氧气形成的气墙保护下将其分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，甲烷的流量为1.9L/min，保护氧气的流量为4.2L/min，分散氧气的流量为2.2L/min，分散氧气的压强为0.15MPa。火焰中生成的主催化剂纳米颗粒由带有玻璃滤网的收集器收集。(2)主催化剂纳米颗粒经水冷管冷却后由100mL水收集，得到水悬浮液。将0.5g硝酸铈、0.3g硝酸镍和0.2g硝酸钴溶于上述水悬浮液中，然后用微量注射泵以10mL/min的流速注射到分散氧气中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于有机废水处理的催化剂，其特征在于结构式如下：/nMn

【技术特征摘要】
1.一种用于有机废水处理的催化剂，其特征在于结构式如下：
MnxFeyMzOi
其中，M为钴、镍、铜、钒、钛、锌、铈、镧或锆中的一种或几种，x为0.2-0.8，y为0.05-0.6，z为0.01-0.25，i为1-2；催化剂的粒径为5-100nm。


2.一种权利要求1所述的用于有机废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将锰的前驱体和铁的前驱体溶于溶剂中得到主催化剂前驱体溶液，然后将主催化剂前驱体溶液通过高压气体分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，经冷凝后，得到主催化剂纳米颗粒；
(2)将主催化剂纳米颗粒溶于溶剂中得到主催化剂溶液，然后将M的前驱体溶于主催化剂溶液中得到催化剂溶液，催化剂溶液通过高压气体分散到甲烷-氧气火焰中燃烧、反应，得到用于有机废水处理的催化剂。


3.根据权利要求2所述的用于有机废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的锰的前驱体为锰酸盐、高锰酸盐、锰的硝酸盐、锰的碳酸盐、锰的乙酸盐、锰的柠檬酸盐、锰的草酸盐或锰的2-乙基己酸盐中的一种，铁的前驱体为铁的锰酸盐、高锰酸盐、硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、草酸盐或2-乙基己酸盐中的一种。


4.根据权利要求2所述的用于有机废水处理的催化剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、苯、甲苯或二甲苯中的一种。


5.根据权利要求2所述的用于有机废水处理的催化剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄崇礼，廖洁娴，周理龙，
申请(专利权)人：甄崇礼，
类型：发明
国别省市：山东;37