一种用于类芬顿反应的催化剂及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于类芬顿反应的催化剂及其制备工艺，本催化剂由载体及负载在载体上的活性组份所组成，活性组份包括铜锰尖晶石和助剂金属元素的氧化物；载体为Y型分子筛；助剂金属元素为La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种的混合；本催化剂活性组分采用硝酸盐为前驱体通过浸渍法制备，工艺简单易于操作。该催化剂在常温下和较宽的pH范围内对各种有机废水类芬顿反应具有较好的催化降解效果，能够提高污染物去除率，减少催化剂金属组分浸出，具有较好的应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于类芬顿反应的催化剂及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及环保催化剂
，尤其涉及一种用于类芬顿反应的催化剂及其制备工艺。

技术介绍

[0002]造纸、印染、农药、电镀等行业在生产过程中排放大量废水，其中含有各类有机污染物，包括有机酸、酚类、有机染料和各种农药中间体。由于这些有机废水具有污染物浓度高、难降解和可生化性低的特点，一旦不经控制排放不仅会污染水体环境，还将危害人体健康。
[0003]目前，有机废水中污染物去除工艺主要有混凝、膜分离、生化处理和高级氧化等。以芬顿反应为代表的高级氧化能够在强氧化剂作用下将有机物氧化为二氧化碳和水，并且具有降解能力强和无选择性的优点。但由于芬顿反应需要硫酸亚铁和双氧水并需调酸调碱，药剂消耗大，还会产生氢氧化铁污泥危险废弃物，增加了操作成本。
[0004]非均相类芬顿反应以铁基材料或其他固体催化剂代替硫酸亚铁，催化双氧水产生自由基氧化降解污染物，不产生铁污泥。此外，类芬顿反应能够在中性条件下反应，无需调酸调碱和处置污泥，大幅降低了药剂用量和操作成本，因而具有广泛的应用前景。
[0005]专利CN106345472A公开了一种硫改性铁基复合材料固体酸陶瓷膜应用于类芬顿反应，获得了较好的催化性能。专利CN104923229A中使用活性炭负载复合催化剂，在低温和中性条件下获得了较好的类芬顿反应结果。专利CN106732747A公开了一种铁掺杂FAU分子筛并用于类芬顿反应，获得了较好的降解效果。专利CN105396608A中使用铁钴负载分子筛，在室温和中性条件下类芬顿反应降解酚类染料，反应后废水只含微量铁离子，大大降低了后续处理成本。
[0006]由于目前大部分类芬顿催化剂活性组分仍以氧化铁为主，在微酸性条件下仍然有较高的铁离子浸出，导致催化剂活性组分流失，影响稳定性。因此需要研发一种能在较宽pH范围和中性条件下高效进行类芬顿反应，并且活性组分不易流失、稳定性高的催化剂。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的问题，本专利技术目的在于提供一种工艺简单、易于操作、成本低廉、催化活性高、稳定性好的用于类芬顿反应的催化剂及其制备工艺。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于类芬顿反应的催化剂，所述的催化剂由载体及负载在载体上的活性组份所组成，所述的活性组份包括铜锰尖晶石：CuMn2O4和助剂金属元素的氧化物；所述的载体为Y型分子筛，其比表面积为600～800 m2/g；所述助剂金属元素为La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种的混合。
[0009]本专利技术的活性组分的负载量为载体质量的10~20%，其中铜锰尖晶石的负载量为9~15 wt.%，助剂金属的氧化物含量为1~5 wt.%。
[0010]一种用于类芬顿反应的催化剂的制备工艺，该工艺以含有活性组分的前驱体溶液
为原料液，根据筛载体加入原料液中混合搅拌3~6小时，在80~120 ℃下蒸发干燥后，在空气氛围下400~600 ℃焙烧3~6小时即得负载量将分子催化剂。所述的前驱体溶液为硝酸盐溶液。
[0011]一种用于类芬顿反应的催化剂在类芬顿催化反应中的应用，在pH为4.0~10.0的条件下，加入氧化剂和催化剂，在两者作用下将废水中的有机污染物降解为无机物小分子。所述的氧化剂为双氧水或过硫酸钾氢钾。
[0012]本专利技术的有益效果：本专利技术的催化剂以Y分子筛为载体，以铜锰尖晶石和助剂金属的氧化物为活性组分，Y分子筛载体比表面积大于600 m2/g，相较于载体表面积100~400 m2/g的其他类芬顿催化剂，活性组分暴露更充分，助剂金属的氧化物提供电子转移效应能够促进催化剂反应活性的提高，使催化剂能够在较宽的pH范围内对各种有机废水类芬顿反应具有较好的催化效果，在给定的反应条件和时间内将废水中的各种有机污染物去除99%以上。此外，催化剂不含易浸出的Fe、Co等元素，反应后元素浸出量小于等于0.1 mg/L。
[0013]本专利技术的催化剂制备工艺简单，易于操作，对促进类芬顿反应降解废水中的有机污染物具有重要的意义。
实施方式
[0014]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述。
[0015]实施例1：1）催化剂制备：选取Y分子筛为载体，比表面积为700 m2/g，活性组分为铜锰尖晶石12 wt.%，氧化铈3 wt.%（记为12CuMn/3Ce）。根据复合氧化物负载量将相应质量的硝酸铜、硝酸锰和硝酸铈溶于去离子水中，向其中加入Y分子筛原粉混合并搅拌4小时，将混合物在110 ℃下干燥12小时后，在空气氛围500 ℃下焙烧3小时得到催化剂。
[0016]2）催化剂测试：将催化剂用于类芬顿反应，测试催化性能。首先配置有机污染物浓度为为10 mg/L的溶液共100 mL于玻璃烧杯中，加入市售浓氨水或浓度为0.5 mol/L的稀硫酸调节pH，加入0.1 g催化剂并保持搅拌30分钟混合均匀，随后向混合物中加入一定量的氧化剂开始反应并计时，反应1小时后测定污染物去除率和金属离子总浓度。去除率越高说明类芬顿反应活性越好，金属离子总浓度越低说明催化剂稳定性越好。实施例1中降解对象为苯酚，氧化剂为30 wt.%双氧水溶液1 mL，pH为4.0。
[0017]对比例1：采用实施例1的制备方法，选取ZSM
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5分子筛为载体，比表面积为350 m2/g，活性组分为铜锰尖晶石12 wt.%，氧化铈3 wt.%（记为12CuMn/3Ce）。根据复合氧化物负载量将相应质量的硝酸铜、硝酸锰和硝酸铈溶于去离子水中，向其中加入ZSM
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5分子筛原粉混合并搅拌4小时，将混合物在80 ℃下干燥12小时后，在空气氛围400 ℃下焙烧3小时得到催化剂。采用实施例1中的催化剂测试方法，降解对象为苯酚，氧化剂为30 wt.%双氧水溶液1 mL，pH为4.0。
[0018]对比例2：采用实施例1的制备方法，选取Y分子筛为载体，比表面积为700 m2/g，活性组分为铜锰尖晶石12 wt.%（记为12CuMn）。根据复合氧化物负载量将相应质量的硝酸铜和硝酸锰溶于去离子水中，向其中加入Y分子筛原粉混合并搅拌4小时，将混合物在120 ℃下干燥12小时后，在空气氛围600 ℃下焙烧3小时得到催化剂。采用实施例1中的催化剂测
试方法，降解对象为苯酚，氧化剂为30 wt.%双氧水溶液1 mL，pH为4.0。
[0019]对比例3：采用实施例1的制备方法，选取Y分子筛为载体，比表面积为700 m2/g，活性组分为钴铁尖晶石12 wt.%，氧化铈3 wt.%（记为12CoFe/3Ce）。根据复合氧化物负载量将相应质量的硝酸钴、硝酸铁和硝酸铈溶于去离子水中，向其中加入Y分子筛原粉混合并搅拌4小时，将混合物在100 ℃下干燥12小时后，在空气氛围550 ℃下焙烧3小时得到催化剂。采用实施例1中的催化剂测试方法，降解对象为苯酚，氧化剂为30 wt.%双氧水溶液1 mL，pH为4.0。
[0020]对比例4：采用实施例1的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于类芬顿反应的催化剂，其特征在于，所述催化剂由载体：Y型分子筛及负载在载体上的活性组份所组成，所述的活性组份包括铜锰尖晶石：CuMn2O4和助剂金属元素的氧化物；所述助剂金属元素为La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种的混合。2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分的负载量为载体质量的10~20%，其中铜锰尖晶石的负载量为9~15 wt.%，助剂金属的氧化物含量为1~5 wt.%。3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述Y型分子筛的比表面积为600~800 m2/g。4.一种如权利要求1所述的催化剂的制备工艺，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄纯凯，黄金灿，张璐，喻学敏，刘广兵，刘伟京，
申请(专利权)人：江苏省环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：