一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术所提供一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，操作简单，通过初步浸渍

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及催化臭氧化水处理领域，具体涉及一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]催化臭氧氧化技术是近年来发展起来的一种具有较强竞争力的新型高级氧化技术，它可快速嵌于传统污水处理单元中，并在常温常压下催化臭氧产生氧化能力更强的活性氧物种，氧化降解持久性难降解有机污染物，从而加速废水深度处理效率，提高水资源回用率。
[0003]催化剂是该催化臭氧氧化技术的核心，显著影响着催化臭氧转化为强活性氧自由基的效能。目前，臭氧催化剂以均相催化剂和非均相催化剂为主；由于均相臭氧催化剂成本高昂、金属离子易流失且产生二次污染等问题，阻碍了均相催化臭氧化技术应用和发展；非均相负载型臭氧催化剂表现出稳定性强、催化剂不易流失以及重复利用性好等优点得到了广泛研究。
[0004]目前，基于γ
‑
Al2O3的负载型臭氧催化剂的相关报道较多，申请人检索了相关文献：
[0005]何丹农等(申请号为201610947082X)公开一种二氧化钛负载于载体表层的负载型臭氧催化剂的制备方法，通过高温煅烧提高了活性组分与载体之间的结合力，增加催化剂与臭氧的接触面积，加快自由基的生成速率，实现污水中的有机物的快速氧化。值得注意的是，该催化剂存在以下问题：1)催化剂的制备过程较为复杂，需经过多步骤的高温反应，即需要水热反应和高温煅烧后才能成型使用；2)活性组分还仅在表层负载，载体表层上催化作用的活性组分依然后会在长期的水力冲刷作用下发生脱落，从而造成催化剂使用寿命大打折扣。
[0006]石伟等(申请号为2017106680267)公布了一种等体积浸渍法制备的单金属负载型γ
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Al2O3基催化剂，该制备工艺简单且催化剂成本价格低廉。然而缺点是等体积浸渍过程中活性组分的团聚更为明显，载体孔道容易被堵塞，更多的活性位点被覆盖，导致催化剂表层活性组分才能参与反应，催化性能不尽人意。
[0007]押玉荣等(申请号为2020104353351)公布了一种过量浸渍法制备的多金属负载型γ
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Al2O3基催化剂，增加了活性组分负载量进而提升了COD去除效果。该专利技术提到的采用柠檬酸浸渍载体后再对其进行高温煅烧处理，从而得到表面羟基改变的改性载体。通常，柠檬酸在有氧高温煅烧过程中分解会产生大量的气体，气体的膨胀造成了载体微观孔道的塌陷和破损，进而影响了载体的机械强度；此外，多步骤的高温煅烧过程还会增加制备成本；更为重要的是，催化剂制备过程中，活性组分分散均匀性及浸渍深度均有待商榷。
[0008]曹志永等(申请号为2021109241802)公开了一种由催化粉体与活性氧化铝粉体先进行搅拌粘合再经造粒机作用成型的球状活性氧化铝负载型臭氧催化剂。该过程无需浸渍处理就可以实现活性组分的负载，保证了催化剂的使用寿命和使用效果。但是缺点在于成
型催化剂的表面积较小且微观孔道难以控制，更多的催化组分依旧以块状结构紧密的共存在球体中，活性位点有效暴露量低。
[0009]柳玉肖等(申请号为2021104199315)公开了一种过量浸渍法制备三元氧化物臭氧催化剂，在浸渍环节引入的促进剂具有优良的金属离子配位能力，通过形成“有机配体
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金属”形态影响金属与载体之间的界面作用力，实现了金属离子在γ
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Al2O3载体上的有效分散。但是缺点在于：金属离子与有机配体形成的新形态存在的空间位阻相对水合态金属离子较大，可能会导致部分微孔不能有效负载，活性组分的负载量有限。
[0010]综上所述，基于浸渍煅烧法制备的负载型铝基臭氧催化剂，讨论更多的还是活性组分类型、催化性能，并未过多探究活性组分与载体之间的作用机制，以及如何调控活性组分在载体上的分散性。因此，亟需一种制备价格低廉、催化组分高度分散且活性位点高度暴露的负载型铝基催化剂。

技术实现思路

[0011]本专利技术为了解决现有负载型臭氧催化剂存在的活性组分团聚、分散性差、耐摩擦性弱、催化性能不足的问题提供了一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法；
[0012]本专利技术的第二个目的是提供一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的应用。
[0013]为实现上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0014]一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，由以下步骤组成：
[0015](1)初步浸渍：在含修饰剂的水溶液中加入氧化铝颗粒，得一次浸渍液，浸渍完成后，取出并进行干燥处理，得修饰型氧化铝颗粒；
[0016](2)二次浸渍：在含活性金属组分的水溶液中加入步骤(1)中的修饰型氧化铝颗粒，得二次浸渍液，浸渍完成后，取出并进行干燥处理，得臭氧催化剂前驱体；
[0017](3)有氧焙烧：将步骤(2)中的臭氧催化剂前驱体进行高温有氧焙烧，即得。
[0018]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，所述活性金属组分为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3中的一种或多种组合。
[0019]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，所述活性金属组分以Fe2O3计的负载量为2
‑
8wt％。
[0020]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，所述步骤(1)中的修饰剂为含有羧基的螯合类小分子有机酸，具体为乙酸、乙二酸、草酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸中的一种或多种组合。
[0021]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，所述步骤(1)中，所述氧化铝颗粒的晶体为γ型，其比表面积为150
‑
350m2/g，平均孔径为5
‑
20nm；所述氧化铝颗粒的形状为球形、矩形或圆柱形的任意一种；其粒径范围为1
‑
10mm。
[0022]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，步骤(1)中，所述修饰剂与所述氧化铝的质量比为1:10
‑
50；所述一次浸渍液质量为所述氧化铝质量的1
‑
1.5倍。
[0023]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，步骤(2)中，所述活性金属组分与所述修饰型氧化铝的质量比为1:2
‑
5；所述二次浸渍液质量为所述修饰型氧化铝质量的1.2
‑
2倍。
[0024]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，所述一次浸渍的时间≥
6h；所述二次浸渍的时间≥36h。
[0025]如上所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，步骤(3)中，所述有氧焙烧的温度增量为2
‑
6℃/min，温度为400
‑
800℃。
[0026]如上所述的制备方法制备的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂在催化臭氧氧化有机废水的应用。
[0027]本专利技术相对于现有技术，有以下优点：
[0028]1、本专利技术所提供一种氧化铝载高分散铁臭氧催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：(1)初步浸渍：在含修饰剂的水溶液中加入氧化铝颗粒，得一次浸渍液，浸渍完成后，取出并进行干燥处理，得修饰型氧化铝颗粒；(2)二次浸渍：在含活性金属组分的水溶液中加入步骤(1)中的修饰型氧化铝颗粒，得二次浸渍液，浸渍完成后进行干燥处理，得臭氧催化剂前驱体；(3)有氧焙烧：将步骤(2)中的臭氧催化剂前驱体进行高温有氧焙烧，即得。2.根据权利要求1所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述活性金属组分为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3中的一种或多种组合。3.根据权利要求2所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述活性金属组分以Fe2O3计的负载量为2
‑
8wt％。4.根据权利要求1所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述修饰剂为乙酸、乙二酸、草酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸中的一种或多种组合。5.根据权利要求1所述的氧化铝载高分散铁臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氧化铝颗粒的晶体为γ型，其比表面积为150
‑
350m2/g，平均孔径为5
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【专利技术属性】
技术研发人员：毛旭辉，王智成，曾香，许涛，徐刚，
申请(专利权)人：江西中膜环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：