W元素掺杂氧化铈催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种W元素掺杂氧化铈催化剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将钨酸盐和铈盐溶解在水中，将pH调至7～9，得到溶液A，将溶液A于180～200℃加热20～24h，自然冷却至室温20～25℃，用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤多次，干燥，得到产物；将所述产物于400～700℃保温3～6h。与纯CeO2相比，本发明专利技术的W元素掺杂CeO2催化剂是一种高效的非均相电芬顿催化剂，更有利于对含油污水实现高效快速的降解。在以W元素掺杂CeO2催化剂的非均相电芬顿过程进行90min降解后，COD含量达到了我国石油化工污水排放标准GB 8978—1996《污水综合排放标准》中规定的二级标准。规定的二级标准。规定的二级标准。

【技术实现步骤摘要】
W元素掺杂氧化铈催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学方法处理含油污水
，具体来说涉及一种W元素掺杂氧化铈催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业技术的进步，人们对石油产品的应用越来越广泛，但是随之而来的含油污水处理问题也日渐显现，成为亟待解决的环境问题之一。含油污水具有流动性强、渗透性高、黏性大等特性，不仅会使水中含氧量下降，破坏水环境生态平衡，阻碍水生生物的生长繁殖，而且会污染土壤，甚至改变土壤原有性质，造成农作物减产、土壤微生物死亡等现象，另外，含油污水中的一些可挥发的污染物会造成大气污染，影响人类健康。因此，我们急需一种新的方法来快速高效的降解含油污水。
[0003]含油污水的处理技术多种多样，如重力机械分离、过滤、絮凝吸附、生化技术等，但都或多或少有一定的局限性。重力机械分离技术在处理较高浓度含油污水方面较为常用，对低浓度含油污水适用性小，另外对设备要求极高；过滤与絮凝吸附技术相关联，是絮凝结束后下一阶段的处理技术，但在处理过程中经常会发生滤料堵塞、新型絮凝剂的开发等问题，且处理后含油量仍然很大；生化技术是最为常见的处理技术，它通过微生物分解含油污水中的有机物来达到净化的作用，但受到油污种类和数量的影响，而且极易产生污泥膨胀。而电芬顿技术是近年来污染物降解的研究热点，它通过产生羟基自由基(
·
OH)，非选择性地将有机污染物氧化成CO2、H2O和盐等，且具有安全性、环境相容性、高能效和多功能性等诸多优点，被广泛应用于抗生素、染料、残留农药、杀虫剂等水中污染物的催化降解过程中，并表现出优异的污染物去除能力。但由于经典芬顿过程中H2O2和Fe
2+
的利用率不高、易形成铁泥、运行成本高及其pH的限制等缺点，使得越来越多的人更加倾向于采用非铁型催化剂，如具有多种氧化还原状态的元素(如铬、铈、钴、锰和钌)，可利用电子传递机制通过常规的类芬顿途径直接降解有机污染物。但尽管这些芬顿体系避免了类似铁泥的沉淀，但催化活性都不尽如意，有一定的应用局限性。此外，鲜有电芬顿技术用于含油污水处理的报道。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种W元素掺杂CeO2催化剂(W-CeO2)的制备方法，该W元素掺杂CeO2催化剂(W-CeO2)通过水热法合成。
[0005]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法获得的W元素掺杂CeO2催化剂，将W元素掺杂CeO2催化剂应用在电芬顿领域，克服了经典均相芬顿技术中存在的问题，实现含油污水更高效、更经济的处理。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述W元素掺杂CeO2催化剂在降解含油污水中的应用，将W元素掺杂CeO2催化剂均匀分散在含油污水中，以碳毡(CF)为阴极材料，Pt为阳极材料，在室温下通过外加电源及外加氧气对含油污水进行电化学催化降解。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0008]一种W元素掺杂CeO2催化剂(W-CeO2)的制备方法，包括以下步骤：
[0009]1)将钨酸盐和铈盐溶解在水中，将pH调至7～9，得到溶液A，其中，按物质的量计，所述钨酸盐和铈盐的比为(0.1～1):1；
[0010]在所述步骤1)中，按物质的量计，所述钨酸盐和铈盐的比为(0.1～0.6):1。
[0011]在所述步骤1)中，所述铈盐和钨酸盐的质量份数的和与所述水的体积份数的比为(0.5～1)：80，当所述质量份数的单位为mg时，所述体积份数的单位为mL。
[0012]在所述步骤1)中，通过滴加碳酸钠水溶液调节pH。
[0013]在上述技术方案中，所述碳酸钠水溶液中碳酸钠的浓度为1～5mol L-1
。
[0014]在所述步骤1)中，所述钨酸盐为Na2WO4·
2H2O。
[0015]在所述步骤1)中，所述铈盐为Ce(NO3)3·
6H2O。
[0016]2)将溶液A于180～200℃加热20～24h，自然冷却至室温20～25℃，用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤多次，干燥，得到产物；
[0017]在所述步骤2)中，干燥的温度为50～80℃，干燥的时间为8～16h。
[0018]在所述步骤2)中，每次用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤的方法为：加入蒸馏水，离心，去除上清液，再加入无水乙醇，离心，去除上清液。
[0019]3)将所述产物于400～700℃保温3～6h。
[0020]在所述步骤3)中，将所述产物放入炉中，在常压下，以3～5℃min-1
的速率升温至400～700℃。
[0021]上述制备方法获得的W元素掺杂CeO2催化剂。
[0022]上述W元素掺杂CeO2催化剂在降解含油污水中的应用。
[0023]在上述技术方案中，将W元素掺杂CeO2催化剂均匀分散在含油污水中，含油污水中加入作为电解质的Na2SO4且该电解质在含油污水中的浓度为0.045～0.055mol L-1
，将阳极和阴极分别与外加电源电连接，将所述阳极和阴极放入含油污水中，在室温20～25℃下对含油污水进行电化学催化降解。
[0024]在上述技术方案中，电化学催化降解时向所述含油污水内通入氧气。
[0025]在上述技术方案中，所述阴极为碳毡(CF)，所述阳极为Pt。
[0026]在上述技术方案中，当含油污水中脱水原油的浓度为500mg L-1
时，每1mL含油污水加入W元素掺杂CeO2催化剂的质量为0.07～0.16mg。
[0027]在上述技术方案中，外加电源的电压为3～8V。
[0028]在上述技术方案中，含油污水的pH为2～5。
[0029]在上述技术方案中，含油污水的pH为2～5，在降解60min时，含油污水的浊度下降率为25～98％，在降解90min后，含油污水的浊度下降率为35～99.7％。
[0030]在上述技术方案中，含油污水的pH为3。
[0031]在上述技术方案中，含油污水的pH为3，在降解60min时，含油污水的浊度下降率为90～98％；在降解90min内，含油污水的浊度下降率为99.8％。
[0032]在上述技术方案中，TOC去除率的平均值在电化学催化降解30min时为69.7％，在电化学催化降解60min时为79.3％，在电化学催化降解90min时为91.2％。
[0033]在上述技术方案中，COD去除率的平均值在电化学催化降解30min时为65％，在电化学催化降解60min时为71％，在电化学催化降解90min时为76％。
[0034]在上述技术方案中，在电化学催化降解90min时，含油污水的粘度降低50％。
[0035]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0036]1、在不改变纯相CeO2萤石立方结构的条件下成功合成了W元素掺杂的CeO2，即形成本专利技术的W元素掺杂CeO2催化剂，提高了CeO2的催化性能。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种W元素掺杂CeO2催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将钨酸盐和铈盐溶解在水中，将pH调至7～9，得到溶液A，其中，按物质的量计，所述钨酸盐和铈盐的比为(0.1～1):1；2)将溶液A于180～200℃加热20～24h，自然冷却至室温20～25℃，用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤多次，干燥，得到产物；3)将所述产物于400～700℃保温3～6h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，按物质的量计，所述钨酸盐和铈盐的比为(0.1～0.6):1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述铈盐和钨酸盐的质量份数的和与所述水的体积份数的比为(0.5～1)：80，当所述质量份数的单位为mg时，所述体积份数的单位为mL。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，通过滴加碳酸钠水溶液调节pH。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李壮，李轶，贾晓庆，明闰勉，韩志鹏，刘园，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：