一种臭氧催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种臭氧催化剂，其比表面积为80～120cm2/g，平均孔径为2～10nm。同时还公开了一种臭氧催化剂的制备方法和一种臭氧催化剂在水处理领域的应用。本发明专利技术改进了依赖载体修饰提高单位金属氧化物催化活性位点暴露量的覆载型催化剂的制备方法，制得的催化剂纯度高、结晶好、介孔结构、比表面积大，催化臭氧氧化活性高，能够高效的催化降解水中难降解的有机污染物。有机污染物。有机污染物。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种催化剂，具体涉及一种臭氧催化剂及其制备方法和应用，属于臭氧催化剂


技术介绍

[0002]催化臭氧氧化技术是一种高效、清洁的高级氧化技术，能快速地杀灭病菌、降解有机污染物，在水处理领域应用前景广泛。该技术利用臭氧催化剂催化臭氧产生强氧化性的活性氧物种，如羟基自由基、超氧负离子等，消杀病菌，降解甚至矿化有机污染物。臭氧催化剂按照作用形态分为均相臭氧催化剂和异相臭氧催化剂两种，均相催化剂以离子态溶于水，催化活性高，但因不易回收且易产生二次污染，使用较少。异相催化剂以固态形式存在，易回收、无二次污染，是臭氧催化剂的市场推广的方向。如何提高异相催化剂催化活性是目前亟待解决的问题。
[0003]CN113426451A公开了一种微米型臭氧催化剂的制备方法。其所述微米型臭氧催化剂包括凹凸棒载体的预处理、Fe和Ce盐溶液的浸渍，活性组分焙烧、催化剂筛分、洗涤烘干等步骤。该专利技术克服了毫米型臭氧催化剂催化效率低，纳米型臭氧催化剂回收成本高的难题，解决了均相臭氧催化剂重复利用难的问题。
[0004]CN113289606A公开了一种臭氧催化剂及其制备方法。其所述臭氧催化剂至少包括活性组分和载体，活性组分包括镧系金属氧化物，载体为SiO2。臭氧催化剂比表面积≥200 m2/g，有机物去除率更高；粒径更大，不易产生板结；使用寿命长，10年内不需更换。
[0005]CN113856691A公开了一种臭氧催化剂及其制备方法。其所述臭氧催化剂包括载体和覆载于所述载体的活性组分，载体为颗粒状氧化铝，活性组分包括第一金属元素的氧化物和第二金属元素的氧化物，第一金属元素为铈，第二金属元素为铁、锰、铜、镍、锌、钛中的至少一种。
[0006]CN113976118A公开了一种臭氧催化剂及其制备方法。其所述臭氧催化剂的制备方法包括：将催化剂活性组分、沸石和固化剂混合造粒，再进行养护。其中，催化剂活性组分、固化剂和沸石的质量比为1:(0.2~10):(0.2~5)；催化剂活性组分选自过渡金属羟基氧化物、金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一种；固化剂的主要成分为硅酸盐。该方法避免了采用高温烧结的工艺，最大程度上避免了对催化剂活性成分的晶相结构产生破坏，保证了催化剂颗粒能充分发挥其催化活性，提升对有机废水处理的处理效果。
[0007]上述方案均充分利用碳、硅、铝等等多孔材料的分散性好，比表面积大的特点，以载体覆载的形式提高催化组分的催化活性。然而没有催化性能的载体在催化剂中含量过高，在实际应用中这是一种资源浪费。因此，开发一种不依赖于载体的修饰，金属氧化物自身具有高比表面积、大孔体积等特点的高效催化剂是十分必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足，提供一种臭氧催化剂及其
制备方法和应用。
[0009]为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种臭氧催化剂，其比表面积为80～120cm2/g，平均孔径为2～10nm，其为有序介孔金属氧化物。
[0010]一种臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）、将金属离子源加入到介孔分子筛与溶剂的悬浊液中，金属离子源与介孔分子筛与溶剂的悬浊液混合的同时进行搅拌，搅拌速度为150～600r/min，搅拌时间为2～6小时，将混匀的悬浊液静置6～12h，进行固液分离，将静置液的上清液去除后进行干燥，干燥温度为60～80℃，干燥时间为3～6h，得到前驱体；（2）、将步骤(1)得到的前驱体煅烧，煅烧的温度为300～600℃，煅烧时间为4～6h，然后进行清洗，将洗后的样品进行干燥，干燥温度为50～60℃，干燥时间为3～6h，干燥后得到有序介孔金属氧化物，即为臭氧催化剂。
[0011]以下是本专利技术对上述方案的进一步优化：在上述步骤（1）中，所述金属离子源为可溶性金属盐中的至少一种。
[0012]进一步优化：在上述步骤（1）中，所述介孔分子筛为SBA
‑
15。
[0013]进一步优化：在上述步骤（1）中，所述溶剂为去离子水和乙醇的混合液，去离子水和乙醇的混合比为（3～6）:1。
[0014]进一步优化：在上述步骤（1）中，所述介孔分子筛与溶剂量比为1g:(50～200)mL。
[0015]进一步优化：在上述步骤（1）中，所述金属离子源中的金属离子与介孔分子筛的量比为1mol:(100～300)g。
[0016]进一步优化：在上述步骤（2）中，所述清洗分为碱洗、水洗、醇洗。
[0017]一种臭氧催化剂的应用，用于降解水中有机污染物。
[0018]相对于现有技术，本专利技术的优势在于：(1)、本专利技术制得的催化剂纯度高、结晶好、介孔结构且有序，具有大的比表面积，催化臭氧氧化活性高，在水处理领域应用前景广阔；(2)、本专利技术制得的催化剂可高效促进臭氧催化降解酚类、抗生素等生物难降解有机污染物；(3)、本专利技术制得的催化剂充分发挥金属氧化物自身理化特点，无需覆载即可实现高效催化，节约资源。
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1制得催化剂的XRD图；图2为本专利技术实施例1制得催化剂的SEM图；图3为本专利技术实施例1制得催化剂的EDX数据；图4为本专利技术实施例1制得催化剂的TEM图；图5为本专利技术实施例1制得催化剂的氮气吸附脱附曲线；图6为本专利技术实施例1制得催化剂的孔径分布图。
具体实施方式
[0021]实施例1，一种臭氧催化剂，其比表面积为80～120cm2/g，平均孔径为2～10nm，其为有序介孔金属氧化物。
[0022]同时本专利技术公开了一种臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）、将金属离子源加入到介孔分子筛与溶剂的悬浊液中，金属离子源与介孔分子筛与溶剂的悬浊液混合的同时进行搅拌，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为6小时，将混匀的悬浊液静置6h，进行固液分离，将静置液的上清液去除后进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为3h，得到前驱体；所述金属离子源为可溶性金属盐中的至少一种，优选地可溶性金属盐为硝酸盐或氯盐，例如，制备氧化铈可选用硝酸铈六水合物或氯化铈七水合物或醋酸铈水合物；制备氧化锰可选用50%硝酸锰溶液或氯化锰；所述介孔分子筛优选为SBA
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15；例如孔径为6
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11nm，比表面积为550
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600m2/g的SBA
‑
15，所制备臭氧催化剂的微观直径与介孔分子筛的孔径基本相同；所述溶剂为去离子水和乙醇的混合液，去离子水和乙醇的混合比为(3:1～6:1)，例如：37.5mL水/12.5mL乙醇；40mL水/10mL乙醇；41.7mL水/8.3mL乙醇；42.9mL水/7.1mL乙醇，溶剂的用量要确保金属盐完全溶解；所述介孔分子筛与溶剂量比为1g:(50～200)mL，例如：1gSBA
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15/50mL溶剂；0.75gSBA...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种臭氧催化剂，其特征在于：其比表面积为80～120cm2/g，平均孔径为2～10nm，其为有序介孔金属氧化物。2.一种如权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、将金属离子源加入到介孔分子筛与溶剂的悬浊液中，金属离子源与介孔分子筛与溶剂的悬浊液混合的同时进行搅拌，搅拌速度为150～600r/min，搅拌时间为2～6小时，将混匀的悬浊液静置6～12h，进行固液分离，将静置液的上清液去除后进行干燥，干燥温度为60～80℃，干燥时间为3～6h，得到前驱体；（2）、将步骤(1)得到的前驱体煅烧，煅烧的温度为300～600℃，煅烧时间为4～6h，然后进行清洗，将洗后的样品进行干燥，干燥温度为50～60℃，干燥时间为3～6h，干燥后得到有序介孔金属氧化物，即为臭氧催化剂。3.根据权利要求2所述的一种臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：在上述步骤（1）中，所述金属离子源为可溶性金属盐中的至少一种。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建琳，庄涛，任伟，孙珊，
申请(专利权)人：济南市环境研究院济南市黄河流域生态保护促进中心，
类型：发明
国别省市：