TiO2负载Al/Si-C基多孔核壳分离球体催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种TiO2负载Al/Si

【技术实现步骤摘要】
TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着化工行业的迅猛发展，大量高浓度难降解有机废水不断产生，这些废水如果得不到及时有效的处理，将会对周围环境造成不可逆转的影响。为了找到一种既高效又廉价的处理高浓度难降解有机废水的方法，人们开始关注催化氧化技术，通过催化作用来降低化学氧化法的水处理药剂成本，同时缩短反应时间，并将难降解有机污染物转化为易降解污染物或彻底氧化成二氧化碳和水，以达到排放或回用标准。
[0003]在针对有机废水的各类催化氧化技术中，臭氧催化氧化和双氧水催化氧化因其作用范围广、快速、高效、无污染等优点受到了广泛的关注，其中，催化剂的制备与应用是催化氧化技术的关键。目前，臭氧催化氧化和双氧水催化氧化过程中常用的催化剂主要有金属、金属氧化物、金属负载催化剂、金属氧化物负载催化剂四大类。其中，金属氧化物负载催化剂以其催化活性高、稳定性好，易与水分离等优点受到了研究者的广泛关注。
[0004]例如，公开号为CN109550503A的专利提供了一种应用于多元催化臭氧氧化体系的催化剂及其制备方法，该专利通过将活性炭经过酸进行预处理后置于锰铁氧化物和二氧化钛的混合溶液中水浴，清洗干燥后再置于惰性气体环境中煅烧，冷却后置于空气中老化，即得到目标氧化催化剂，使多种活性物质协同作用，有效氧化难生物降解的有机物。然而，该专利仅仅利用活性炭对锰、铁、钛等活性成分进行吸附，能够负载的活性成分含量有限，进而影响催化剂的实际催化效果；同时，该催化剂在实际应用中仅能利用活性炭自身的孔隙对废水及臭氧、双氧水进行吸附，其吸附效果有限，难以使臭氧或双氧水在该催化剂的作用下与废水充分反应，导致废水中有机物的降解效率不高。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的催化剂，通过对臭氧和双氧水氧化反应的高效催化提高废水中有机物的降解效率，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂及其制备方法与应用。通过将活性炭颗粒先后与三氧化二铁粉末和含氧化铝的粉末进行混合造粒，并进行煅烧，能够利用煅烧过程中活性炭颗粒与三氧化二铁的反应使一部分活性炭转变为气体逸出，逸出气体的通道形成永久球体孔道，并使残留的活性炭内核体积变小，与含氧化铝的粉末形成的壳层分离，形成多孔核壳分离球体结构，从而有效提高TiO2的负载量及催化剂的催化效果，实现对臭氧和双氧水的高效催化氧化。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将活性炭颗粒筛分后进行酸洗，并烘干备用；
[0009]S2、将步骤S1得到的烘干后的活性炭颗粒与预定量的三氧化二铁粉末充分混合后，再加入含氧化铝的粉料进行共混，经造粒、烘干后得到干燥球体；
[0010]S3、将步骤S2得到的所述干燥球体在惰性气氛下进行一次煅烧，使所述干燥球体内部的部分活性炭与三氧化二铁反应，形成多孔核壳分离球体；
[0011]S4、将步骤S3得到的所述多孔核壳分离球体置于含钛溶液中，充分浸渍后取出，干燥后在惰性气氛中进行二次煅烧，得到TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述活性炭颗粒与所述含氧化铝的粉料的质量比为1:(2～10)。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述含氧化铝的粉料中包括氧化铝、氧化硅和羧甲基纤维素钠；所述氧化铝、氧化硅和羧甲基纤维素钠按照质量比1:(0～1):(0.1～0.3)。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述活性炭颗粒与所述三氧化二铁粉末的质量比为(1～3):1。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述筛分后得到的活性炭颗粒的目数为60～100，所述三氧化二铁粉末的平均粒径为10～20μm，所述含氧化铝的粉料的平均粒径为0.5～1μm。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S4中，所述含钛溶液为质量浓度为2％～20％的硝酸钛溶液，所述多孔核壳分离球体与所述含钛溶液的质量比为(0.1～0.2):1，得到的所述TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂中TiO2的负载量为3.5％～5.0％。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述一次煅烧的煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为0.5～4h。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S4中，所述二次煅烧的煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为0.3～2h。
[0019]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂，所述球体催化剂根据上述技术方案中任一技术方案制备得到，包括作为内核的负载有铁的活性炭，作为外壳的Al/Si氧化物，以及均匀负载于所述外壳和所述内核中的TiO2；所述球体催化剂的粒径为0.5～2mm，比表面积为150～200m2/g。
[0020]为实现上述目的，本专利技术还提供了所述TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂在臭氧催化氧化和双氧水催化氧化领域的应用。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术通过将活性炭颗粒先后与三氧化二铁粉末和含氧化铝的粉末进行混合造粒，并利用一次煅烧过程中活性炭颗粒与三氧化二铁的反应，使一部分活性炭转变为气体逸出，逸出气体的通道形成永久球体孔道，并使残留的活性炭内核体积变小，从而与含氧化铝的粉末形成的壳层分离，形成多孔核壳分离球体结构。在此基础上，本专利技术通过将具有多孔核壳分离结构的球体浸渍于含钛溶液中，能够使含钛溶液负载于球体表面并渗入球体内部，形成立体均匀负载，有效提高TiO2的负载量，并提高催化剂的催化效果，实现对臭氧和双氧水的高效催化氧化，从而显著提高废水中有机物降解效率，并降低氧化剂的消耗量。
[0023](2)本专利技术通过将活性炭颗粒先与三氧化二铁粉末充分混合，并对活性炭颗粒与三氧化二铁粉末的质量比进行调控，能够使部分活性炭颗粒在煅烧过程中对三氧化二铁进
行还原，在消耗活性炭颗粒的同时产生气体，不仅能够利用气体的逸出形成球体孔道，使球体具有多孔结构，还能够利用活性炭颗粒体积的减少使其与作为壳层的Al/Si氧化物分离，形成核壳分离结构，进一步提高催化剂的比表面积。同时，本专利技术通过控制一次煅烧过程的温度，能够对三氧化二铁的还原率进行调控，不仅能够利用未还原的三氧化二铁与二氧化钛共同对臭氧或双氧水进行催化，提高催化效率；且还原后得到的负载于活性炭颗粒上的铁单质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将活性炭颗粒筛分后进行酸洗，并烘干备用；S2、将步骤S1得到的烘干后的活性炭颗粒与预定量的三氧化二铁粉末充分混合后，再加入含氧化铝的粉料进行共混，经造粒、烘干后得到干燥球体；S3、将步骤S2得到的所述干燥球体在惰性气氛下进行一次煅烧，使所述干燥球体内部的部分活性炭与三氧化二铁反应，形成多孔核壳分离球体；S4、将步骤S3得到的所述多孔核壳分离球体置于含钛溶液中，充分浸渍后取出，干燥后在惰性气氛中进行二次煅烧，得到TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂。2.根据权利要求1所述的TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述活性炭颗粒与所述含氧化铝的粉料的质量比为1:(2～10)。3.根据权利要求1所述的TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述含氧化铝的粉料中包括氧化铝、氧化硅和羧甲基纤维素钠；所述氧化铝、氧化硅和羧甲基纤维素钠按照质量比1:(0～1):(0.1～0.3)。4.根据权利要求1所述的TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述活性炭颗粒与所述三氧化二铁粉末的质量比为(1～3):1。5.根据权利要求1所述的TiO2负载Al/Si
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C基多孔核壳分离球体催化剂的制备方法，其特征在于：所述筛分后得到的活性炭颗粒的目数为60～100，所述三氧化二铁粉末的平均粒径为10～20μm，所述含氧化铝的粉料的平均粒径为0.5～1μm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤丁丁，王涛，霍培书，赵皇，
申请(专利权)人：中建三局绿色产业投资有限公司，
类型：发明
国别省市：