一种负载型二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及催化剂制备技术领域，公开一种负载型二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，具体为：将催化剂载体γ

【技术实现步骤摘要】
一种负载型二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，更具体的说是涉及一种负载型二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氮素主要来源于人类农业活动(如过量施用氮肥、污水灌溉)、工业活动(如煤、石油、天然气等燃烧产生的氮氧化物沉降，排放高有机物含量的工业污水等)、人类生活(如排放生活污水及粪便等)。对环境而言，水体中的氮素含量过高会刺激藻类疯狂生长从而导致水体富营养化，对人民生活及社会经济发展造成不良影响；对人体而言，长期饮用硝酸盐浓度过高的水会诱发蓝婴症、糖尿病、甲状腺疾病和胃癌等，威胁人类的健康。
[0003]而臭氧的强氧化性，臭氧已被证明对去除亚硝酸盐非常有效，速率常数为3.7
×
105M/s，能将亚硝酸盐瞬间转化为硝酸盐，并使其毒性降低，因此作为预处理手段广泛应用于氨氮废水的处理。但是相比之下，臭氧对氨氮的氧化速度较慢，速率常数仅为20M
‑1s
‑1，是故单纯的臭氧氧化难以将氨氮转化为硝态氮。
[0004]而催化臭氧氧化技术是在臭氧氧化的基础上协同利用催化剂产生大量的羟基自由基(
·
OH)，提高臭氧氧间接氧化能力和臭氧利用率。具有易操作、能耗少、处理效率高等优点。但催化臭氧氧化氨氮为硝酸盐氮的效率仍有较大的提升空间，解决该问题的关键在于设计及制备高活性催化剂。
[0005]常见的金属氧化物包括锰基、铁基、镍基、铜基和铝基等。目前已报道的有MgO、NiO、Co3O4、Fe2O3、Mn
x
O
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、CuO、Al2O3、CeO2等。金属氧化物催化臭氧的基本原理较为复杂，目前较为认同的主要有三种：(1)臭氧吸附于催化剂表面的活性位点将其分解为氧化能力更强的
·
OH(自由基反应机理)；(2)污染物通过配位络合作用吸附于催化剂表面，并进一步被臭氧分子氧化分解(表面配位络合机理)；(3)催化剂与臭氧和污染物均有相互作用，反应既可以发生在催化剂表面，也可以发生在液相主体(协同作用机理)。
[0006]其中，固体碱MgO被证实具有较高的催化活性，表面碱性位点和微环境高pH值都能促进臭氧的分解。此外，MgO还有着成本低、来源广泛、无毒以及环境友好等特性。在催化臭氧氧化的领域中铁基催化剂同样在自然界中来源丰富且易于合成、几乎无毒，受到了越来越多的关注。而铁氧化物Fe
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O
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是应用最广泛铁基催化剂。此外，以铁基材料掺杂其他金属的催化剂的报道也日益增多，其他金属掺杂到铁基材料中可以改善铁基材料结构的稳定性，增大材料的比表面积，从而增强了界面间的电子传递的能力。设计MgO掺杂Fe
x
O
y
铁基的负载型催化剂，一方面具有协同催化作用，另一方面在结构上更优化，更加稳定，方便使用。
[0007]综上所述，提供一种高活性负载型二元金属氧化物催化剂γ
‑
Al2O3@Fe/Mg，是解决催化臭氧氧化水中氨氮为硝酸盐氮应用的关键。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种负载型二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应
用，制备方法简单，制得的催化剂对氨氮转化为硝酸盐氮的效率高，稳定性好，适用于常温下将城镇污水厂二级生化尾水中氨氮转化为硝酸盐氮。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种负载型二元金属氧化物催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0011](1)将催化剂载体用去离子水浸泡、清洗，于恒温烘箱中烘干，冷却后，保存于干燥密闭容器中备用，得到预处理催化剂载体；
[0012](2)将铁盐、镁盐加入去离子水中溶解，然后添加葡萄糖混合均匀，得到浸渍溶液；
[0013](3)将上述预处理催化剂载体加入至所述浸渍溶液中，然后滴加NaOH溶液并搅拌，再进行超声处理和陈化处理，即可得到反应混合物；
[0014](4)将上述反应混合物进行焙烧，然后冷却至室温，最后保存于干燥密闭容器中备用，即可得到所述负载型二元金属氧化物催化剂。
[0015]上述优选技术方案的有益效果是：本专利技术将MgO掺杂到Fe
x
O
y
铁基材料中以改善铁基材料的结构稳定性，增大材料的比表面积，从而增强界面间的电子传递的能力；设计MgO掺杂Fe
x
O
y
铁基的负载型催化剂，一方面具有协同催化作用，另一方面在结构上更优化，更加稳定；将金属氧化物活性组分负载于载体上，不易流失，便于回收。
[0016]优选的，步骤(1)中所述催化剂载体为γ
‑
Al2O3球，所述γ
‑
Al2O3球的直径为3～5mm、密度为2.90～3.20g/cm3；
[0017]所述清洗次数为2～3次，直至清洗液pH值在6.0～8.0；所述烘干的温度为60～100℃；
[0018]所述冷却至室温。
[0019]上述优选技术方案的有益效果是：γ
‑
Al2O3球具有表面积大、成本低、耐腐蚀性能强，而且载体材料成本低。清洗以除去表面杂质，调节酸碱度，减小对后续实验的干扰。
[0020]优选的，步骤(2)所述铁盐包括FeCl3或Fe2(SO4)3；镁盐包括MgCl2或MgSO4；助剂为葡萄糖；
[0021]所述浸渍溶液中Fe
3+
与Mg
2+
的摩尔比为1:(1～5)，Fe
3+
的浓度是0.1～0.5mol/L；Mg
2+
的浓度是0.1～2.5mol/L；葡萄糖的浓度是50～100mmol/L。
[0022]上述优选技术方案的有益效果是：本专利技术中浸渍溶液包括了两种目标活性金属成分及助剂，便于后续负载；添加的助剂葡萄糖在后续高温下氧化为CO2，有利于产生新的孔结构，提高催化剂的吸附性能。
[0023]优选的，步骤(3)中所述预处理催化剂载体与所述浸渍溶液的质量体积比为(200～500)g：(100～500)mL；所述NaOH溶液的浓度为1～3mol/L，所述NaOH溶液用量为4～10mL。
[0024]上述优选技术方案的有益效果是：本专利技术设置的用量可使目标活性金属成分由离子态形态转变为金属氢氧化物形态，作为金属氧化物的前驱体负载于载体上。
[0025]优选的，步骤(3)中所述滴加的速度为1～5mL/min；所述搅拌的速度为60～150r/min，反应时间为2～10min；
[0026]所述超声处理的时间为0.5～1.5h，功率为100W；
[0027]所述陈化处理的温度于50～70℃、时间为1～5h。
[0028]上述优选技术方案的有益效果是：通过控制滴加速度、搅拌速度和反应时间等手
段使得活性金属氧化物成分最大程度的吸附、填充于载体上，提高负载效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型二元金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将催化剂载体用去离子水浸泡、清洗，于恒温烘箱中烘干，冷却后，保存于干燥密闭容器中备用，得到预处理催化剂载体；(2)将铁盐、镁盐加入去离子水中溶解，然后添加葡萄糖混合均匀，得到浸渍溶液；(3)将上述预处理催化剂载体加入至所述浸渍溶液中，然后滴加NaOH溶液并搅拌，再进行超声处理和陈化处理，即可得到反应混合物；(4)将上述反应混合物进行焙烧，然后冷却至室温后，保存于干燥密闭容器中备用，即可得到所述负载型二元金属氧化物催化剂。2.根据权利要求1所述负载型二元金属氧化物催化剂的制备方法，步骤(1)中所述催化剂载体为γ
‑
Al2O3球，所述γ
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Al2O3球的直径为3～5mm、密度为2.90～3.20g/cm3；所述清洗次数为2～3次，直至清洗液pH值为6.0～8.0；所述烘干的温度为60～100℃；所述冷却至室温。3.根据权利要求1所述负载型二元金属氧化物催化剂的制备方法，步骤(2)所述铁盐包括FeCl3或Fe2(SO4)3；镁盐包括MgCl2或MgSO4；助剂为葡萄糖；所述浸渍溶液中Fe
3+
与Mg
2+
的摩尔比为1:(1～5)，Fe
3+
的浓度是0.1～0.5mol/L；Mg
2+
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇有，梁冬敏，王国彬，谢洁云，朱枭强，
申请(专利权)人：广州鹏凯环境科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：