一种陶瓷膜催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种陶瓷膜催化剂及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：将陶瓷膜浸渍于包括金属前驱体盐和结构导向剂的混合溶液中，干燥后，经低温等离子体处理，得到所述陶瓷膜催化剂。本发明专利技术提供的陶瓷膜催化剂的制备方法简便、条件温和，通过利用低温等离子体处理技术，制备得到了性能优异的陶瓷膜催化剂，由此制备得到的陶瓷膜催化剂可提高催化臭氧氧化处理有机废水的效率。氧氧化处理有机废水的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷膜催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于废水处理材料
，具体涉及一种陶瓷膜催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济快速发展，工业生产规模和门类都不断增长，产生了大量难处理工业废水。相比于氨氮、重金属离子等污染组分，有机污染物处理难度更大，处理需求迫切。生化法是去除有机污染的常见方法，优点在于处理成本低，但对毒性高、难降解有机物等处理效率很低，一般需要与吸附、催化氧化等深度处理技术进行组合使用。吸附过程只是将有机污染物从溶液中转移至固体表面，并未彻底解决污染问题，催化氧化将有机污染物彻底氧化为二氧化碳和水，是解决废水有机污染的重要措施。
[0003]目前在实际工业废水处理工程中，应用最多的氧化技术主要是芬顿氧化和催化臭氧氧化。其中芬顿氧化需要在酸性条件下操作，消耗大量酸碱调整pH，并且产生大量铁泥，不但提高了废水的盐度，而且额外增加处理成本。催化臭氧氧化技术无二次污染，规模化产臭氧的效率也不断提升，因为在废水处理中应用越来越广泛，但处理效率与催化剂紧密相关，因此开发一种高效的臭氧氧化催化剂，对于工业废水有机污染控制具有重要的意义。
[0004]由于臭氧催化分解产生自由基的稳定存在时间较短，臭氧分解产生自由基后迅速与污染物充分接触，可有效提高有机物氧化效率，因此构建一种具有限域空间的新型臭氧氧化催化剂是本领域的重要发展方向。无机陶瓷膜具有丰富的孔道结构，如果在微纳米尺度的膜孔道内活化臭氧产生自由基并与有机物快速接触发生反应，会提高催化臭氧氧化处理有机废水的效率。特别地，随着我国无机陶瓷膜制备技术不断成熟，生产成本逐渐下降，基于无机陶瓷膜制备一种新型臭氧氧化催化剂具有广阔的发展前景。但采用常规的浸渍法、共沉淀法、水热法等手段在陶瓷膜上负载活性金属时，金属组分主要沉积在外表面，很少进入内部孔道结构，而且制备得到的金属颗粒较大，粒径分布均匀，严重影响其催化效率，同时其制备温度较高。
[0005]因此，如何提供一种制备方法简便、工艺条件温和、可在陶瓷膜孔道内定向负载活性纳米金属颗粒的陶瓷膜催化剂的制备方法，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种陶瓷膜催化剂及其制备方法和应用。本专利技术中，通过利用低温等离子体处理技术，制备得到了性能优异的陶瓷膜催化剂。本专利技术提供的陶瓷膜催化剂的制备方法简便、条件温和，由此制备得到的陶瓷膜催化剂可提高催化臭氧氧化处理有机废水的效率。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种陶瓷膜催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0009]将陶瓷膜浸渍于包括金属前驱体盐和结构导向剂的混合溶液中，干燥后，经低温等离子体处理，得到所述陶瓷膜催化剂。
[0010]本专利技术提供的制备方法中，使用一种非贵金属前驱体盐，通过低温等离子体处理方式分解形成金属氧化物，负载于陶瓷膜表面和孔道内，形成一种适用于废水处理的陶瓷膜催化剂。低温等离子体处理方法的优点在于在较低温度(20～50℃)下操作，可避免高温烧结过程造成金属颗粒团聚、向陶瓷膜表面迁移等问题，制备得到的陶瓷膜催化剂保持较好的孔道结构，避免孔道堵塞等问题，而且得到的纳米金属氧化物颗粒粒径均一，具有更好的催化活性。与浸渍焙烧法、水热法等常规方法制备的陶瓷膜催化剂相比，在催化臭氧氧化处理有机废水过程中展现更高的活性。
[0011]本专利技术中，通过将浸渍
‑
干燥
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低温等离子体处理工艺，进一步通过低温等离子处理技术的使用，制备得到了可催化臭氧氧化处理有机废水的陶瓷膜催化剂。且本专利技术提供的陶瓷膜催化剂的制备方法简单便捷，工艺条件温和。其中，等离子体处理方法，大大降低了陶瓷膜催化剂制备的周期和能量消耗。特别地，低温等离子体处理方式与高温焙烧、水热反应存在本质区别，制备得到的金属氧化物纳米颗粒物化性质也会得到明显提升，展示出更优异的废水处理性能。
[0012]以下作为本专利技术的优选技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的目的和有益效果。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，所述陶瓷膜为平板陶瓷膜。
[0014]本专利技术以平板陶瓷膜作为载体，所述平板陶瓷膜化学性质稳定，国产化技术越来越成熟，在废水处理中具有良好的应用前景。且平板陶瓷膜具有的平板结构特别适用于以表面、次表面处理为主的等离子体处理方法，金属负载的效率高；而且平板陶瓷膜内部还具有丰富的微纳米级和纳米级孔道结构，既可作为废水流过的通道，而且孔道内表面还可作为有机物催化降解的反应界面，发挥出限域催化的效应，提高有机物催化降解的效率。本专利技术中，选用平板陶瓷膜，其可与低温等离子体处理工艺匹配，得到性能优异的陶瓷膜催化剂。
[0015]优选地，所述平板陶瓷膜选自氧化铝平板陶瓷膜、氧化锆平板陶瓷膜或碳化硅平板陶瓷膜中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为氧化铝平板陶瓷膜。
[0016]本专利技术所述平板陶瓷膜选自氧化铝平板陶瓷膜或氧化锆平板陶瓷膜，以降低生产成本。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，所述混合溶液中溶剂选自水、甲醇或乙醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为水。
[0018]优选地，所述混合溶液中金属前驱体盐的浓度为1～100mmol/L(例如可以是1mmol/L、2mmol/L、5mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、40mmol/L、50mmol/L、60mmol/L、70mmol/L、80mmol/L、90mmol/L或100mmol/L等)，进一步优选为1～10mmol/L。
[0019]优选地，所述混合溶液中结构导向剂的浓度为0.1～50mmol/L(例如可以是0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、2mmol/L、4mmol/L、5mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、40mmol/L或50mmol/L等)，进一步优选为0.5～5mmol/L。
[0020]作为本专利技术的优选技术方案，所述金属前驱体盐中的金属选自铁、钴、锰、镍、铜、镧、铈或锌中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]本专利技术使用的金属原料成本低，有利于在实际废水处理中实现规模化应用。
[0022]优选地，所述金属前驱体盐中的阴离子选自SO
4―
、Cl
―
、Br
―
或NO
3―
中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为NO
3―
。
[0023]作为本专利技术的优选技术方案，所述结构导向剂选自尿素、聚乙烯醇、柠檬酸、十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂或抗坏血酸中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]作为本专利技术的优选方案，其特征在于，所述浸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷膜催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将陶瓷膜浸渍于包括金属前驱体盐和结构导向剂的混合溶液中，干燥后，经低温等离子体处理，得到所述陶瓷膜催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷膜为平板陶瓷膜；优选地，所述平板陶瓷膜选自氧化铝平板陶瓷膜、氧化锆平板陶瓷膜或碳化硅平板陶瓷膜中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为氧化铝平板陶瓷膜。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中溶剂选自水、甲醇或乙醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为水；优选地，所述混合溶液中金属前驱体盐的浓度为1～100mmol/L，进一步优选为1～10mmol/L；优选地，所述混合溶液中结构导向剂的浓度为0.1～50mmol/L，进一步优选为0.5～5mmol/L。4.根权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体盐中的金属选自铁、钴、锰、镍、铜、镧、铈或锌中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属前驱体盐中的阴离子选自SO
4―
、Cl
―
、Br
―
或NO
3―
中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为NO
3―
。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述结构导向剂选自尿素、聚乙烯醇、柠檬酸、十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂或抗坏血酸中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的方法包括等体积浸渍法；优选地，所述浸渍的温度为15～45℃，进一步优选为20～30℃；优选地，所述浸渍的时间为6～24h，进一步优选为10～15h；优选地，所述干燥的温度为80～150℃，进一步优选为100～120℃；优选地，所述干燥的时间为6～24h，进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇冰，曹宏斌，张溅波，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：