一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术提供一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法、产品及应用。上述制备方法，包括：将金属氧化物分散于水中，加入含氟试剂进行反应，反应结束后，干燥后煅烧，得所述氟掺杂金属氧化物催化剂。本发明专利技术的制备方法采用煅烧法制备氟掺杂金属氧化物催化剂，通过引入氟降低金属上的电子云密度，增强金属氧化物的Lewis酸性，强化金属氧化物与O3的相互作用，催化O3快速分解产生更多的羟基自由基，增强对水中有机污染物的氧化降解，显著提高有机污染物的矿化程度。程度。

【技术实现步骤摘要】
一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术属于催化剂材料
，具体涉及一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]催化臭氧化技术是一种高效绿色的高级氧化技术(AOPs)，由于该技术可以高效降解有机污染物而被广泛应用于水污染处理领域。相比较单独臭氧氧化技术来说，非均相催化臭氧氧化效率高，固体催化剂可回收再利用，从而避免或者减弱了催化剂带来的二次污染，也降低了催化剂使用成本。制备高效稳定的固体催化剂是非均相催化臭氧技术的重点。
[0003]目前较多使用的非均相臭氧催化剂主要是以氧化铝、氧化钛等为代表的金属氧化物，金属氧化物能够催化臭氧分解转化成更高氧化能力的活性氧物种，增强其氧化降解有机污染物的能力。现有技术中作为催化剂的金属氧化物的Lewis酸性较弱，造成催化活性位点作用效率较低，影响了金属氧化剂催化剂的催化性能。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法、产品及应用。本专利技术的制备方法工艺简单，原材料廉价易得，具有较高的普适性和可调控性；通过该制备方法制得的氟掺杂金属氧化物催化剂催化效果好，将其应用于O3氧化分解有机污染物中，能够有效催化O3快速分解产生更多的羟基自由基，增强对水中有机污染物的氧化降解，显著提高有机污染物的矿化程度。
[0005]一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，包括：
[0006]将金属氧化物分散于水中，加入含氟试剂进行反应，反应结束后，干燥后煅烧，得所述氟掺杂金属氧化物催化剂。
[0007]金属氧化物催化臭氧氧化的反应机理主要是表面羟基基团作为活性位分解臭氧产生含氧自由基以及吸附有机物降低臭氧与有机物直接反应的活化能。金属氧化物的催化活性与金属氧化物表面Lewis酸位有关，因此提高金属氧化物表面Lewis酸位提高催化处理效果。
[0008]本专利技术的制备方法将电负性最强的氟元素掺杂到金属氧化物中，通过调控金属氧化物的电子结构促进臭氧分解生成活性氧自由基，提高金属氧化物催化臭氧的活性，为增强臭氧氧化降解有机污染物的实际应用提供了一种新的可能。
[0009]作为优选，所述金属氧化物与水的摩尔体积比为1mol/(0.5～10)L。进一步优选为1mol/(0.5～5)L。更进一步优选为1mol/(1～3)L。
[0010]作为优选，所述含氟试剂中氟与金属氧化物的摩尔比为1：(0.1～30)。
[0011]进一步优选为1：(0.5～15)。更进一步优选为1/(0.5～5)。
[0012]作为优选，所述金属氧化物为氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锰中的一种或多种。
[0013]作为优选，所述含氟试剂为氢氟酸、氟化铵溶液、氟化钠溶液中的一种或多种。
[0014]所述干燥可以自然干燥，也可以加热干燥。当选择加热干燥时，干燥温度优选为40～80℃，干燥时间优选为8～15h。进一步优选为，干燥温度为55～65℃，干燥时间为11～13h。
[0015]作为优选，反应时间为1～12h。加入含氟试剂后，通过搅拌或者超声后静置的方式增加反应物之间的接触，进而提高反应速率和效果。
[0016]作为进一步优选，当加入含氟试剂后搅拌反应时，搅拌时间为2～12h。更进一步优选为2～4h。
[0017]作为进一步优选，当加入含氟试剂后先超声后静置时，超声时间为10～120min，静置时间为1～12h。
[0018]作为进一步优选方案，超声时间为10～60min，静置时间为4～12h。更进一步优选为，超声时间为20～40min，静置时间为6～10h。
[0019]作为优选，煅烧温度为100～1000℃，煅烧时间为2～48h。
[0020]当选择加入含氟试剂后先超声后静置时，煅烧温度优选为100～500℃，煅烧时间优选为2～24h。更进一步优选为，煅烧温度为200～400℃，煅烧时间为2～6h。
[0021]当选择加入含氟试剂后搅拌反应时，煅烧温度优选为400～900℃，煅烧时间优选为5～24h。进一步优选为，煅烧温度为500～800℃，煅烧时间为10～12h。
[0022]作为优选，煅烧结束后，将所得煅烧产物用乙醇、去离子水清洗干燥，即得所述氟掺杂金属氧化物催化剂。
[0023]所述煅烧可以在马弗炉中进行，在设定温度下煅烧设定时间后，洗涤，烘干，得到氟掺杂金属氧化物催化剂。
[0024]一种氟掺杂金属氧化物催化剂，由上述任一项所述的制备方法制备得到。本专利技术的氟掺杂金属氧化物催化剂，可以提高臭氧降解反应，催化O3有效分解成羟基自由基，可以提高臭氧反应降解、矿化水中有机污染物的效率，可以应用于水污染强化处理领域。
[0025]一种上述氟掺杂金属氧化物催化剂在降解废水中有机污染物中的应用。
[0026]作为优选，所述有机污染物为水杨酸、对硝基苯酚、氧氟沙星、四环素或以上任一化合物的类似物。
[0027]作为优选，向含有有机污染物的废水中加入所述氟掺杂金属氧化物催化剂，通入臭氧，进行臭氧催化氧化。
[0028]作为优选，废水中有机污染物浓度为10～300ppm。进一步优选为10～200ppm。更进一步优选为10～100ppm。
[0029]作为优选，氟掺杂金属氧化物催化剂的投入量为0.1～20g L
‑1。进一步优选为0.1～10g L
‑1。更进一步优选为0.1～5g L
‑1。
[0030]作为优选，通入臭氧的浓度为0.001～1g L
‑1，流速为10～200mL min
‑1。进一步优选为，臭氧通入浓度为0.001～0.1g L
‑1，流速为40～120mL min
‑1。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]本专利技术提出的氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，采用将含氟试剂与金属氧化物在水中充分接触，后蒸干煅烧的方式制备氟掺杂金属氧化物臭氧催化剂。通过引入氟降低金属上的电子云密度，增强了活性金属的Lewis酸性，强化金属氧化物与O3的相互作用，催化O3快速分解产生更多的羟基自由基，增强对水中有机污染物的氧化降解，显著提高有
机污染物的矿化程度。
附图说明
[0033]图1为实施例1制备得到的氟掺杂氧化锰催化剂的SEM形貌图；
[0034]图2为实施例1制备得到的氟掺杂氧化锰催化剂、纯氧化锰及不添加催化剂臭氧氧化对硝基苯酚残余率随时间的变化曲线对比图；
[0035]图3为实施例2和3制得的氟掺杂氧化铝催化剂、不添加催化剂臭氧氧化对硝基苯酚残余率随时间的变化曲线对比图。
具体实施方式
[0036]下面将通过以下实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0037]实施例1
[0038]一种氟掺杂氧化锰催化剂的制备方法，包括：
[0039]将氧化锰在去离子水中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将金属氧化物分散于水中，加入含氟试剂进行反应，反应结束后，干燥后煅烧，得所述氟掺杂金属氧化物催化剂。2.根据权利要求1所述的氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物与水的摩尔体积比为1mol/(0.5～10)L。3.根据权利要求1所述的氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述含氟试剂中氟与金属氧化物的摩尔比为1：(0.1～30)。4.根据权利要求1所述的氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锰中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的氟掺杂金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述含氟试剂为氢氟酸、氟化铵溶液、氟化钠溶液中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的氟掺杂金属氧化物催化剂的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：余德游，王姗丽，张明燕，吴明华，胡倩，徐李聪，蒋文斌，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：