催化用材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了种催化用材料，所述催化用材料包括主体，所述主体包括氧化铝颗粒并具有密闭的空腔结构；所述的空腔在所述主体中的体积占比为

【技术实现步骤摘要】
催化用材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于材料制备及应用领域，更具体地说，涉及一种氧化铝基催化剂及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着欧美发达国家的产业转移和经济全球化的发展，我国作为全球的人口大国，为了适应经济的发展，也在逐渐成为全球的工业大国
。
工业废水在我国的废水构成中占有重要地位
。
目前，我国工业废水的深度处理研究仍处于不断发展的阶段，且起步较晚，化工废水的处理更是其中的难点，尤其是经生化二级处理后的化工废水，其中的残留污染物多为难降解有机物
(
如含氮杂环
、
多环芳烃等
)、
常伴有一定毒性，而直接排放又容易产生“三致”效应或“环境激素”效应
。
尽管工业废水污染物排放量总体的占比不高，工业废水排放总量呈现缓慢下降趋势，但来自冶金
、
化工
、
电镀
、
造纸
、
印染和制革等行业的工业废水，仍对水体污染影响较大，严重危害了人体健康
。
因此，对工业废水进行有效处理，使其达标排放，是减少水污染，保障我国水资源可持续利用的关键，开发更加经济
、
高效的废水处理工艺，设计合理的废水处理设备，有利于促进水处理技术的工程化和产业化，对于提升我国的难降解工业废水处理水平具有重要研究意义
。
[0003]催化氧化技术是一种有效的水处理方式，根据反应体系和催化剂是否处于均一相中，可将催化剂划分为均相和非均相催化剂两种
。
由于均相催化剂存在金属离子无法有效分离回收
、
会产生二次污染等等问题，限制了其实际运用，因此目前研究的重点都集中于非均相催化剂上
。
[0004]目前非均相催化剂主要有金属催化剂
、
碳基催化剂以及负载型催化剂三种大类
。
其中负载型催化剂由活性组分和催化剂载体构成，负载型催化剂的活性组分通常为过渡金属或者其氧化物，催化剂载体的催化活性一般较差，最常用的催化剂载体有金属载体
(Al2O3)
和非金属载体
(
活性炭
)
两种，活性炭作为
HCO
常用的两种载体之一，具有丰富的活性位点，发达的孔隙结构，其本身就具备良好的催化活性，但与金属催化剂持久长效的催化作用相比，活性炭在使用几次后就失去了催化效果，且其机械强度低
。
因此在实际运用更多时使用
Al2O3作为载体，球形氧化铝由于其较强的耐磨损性和吸附能力可应用于水处理领域
。
此外，非均相催化氧化技术主要在固相催化剂表面生成具有高氧化性的活性自由基
(
·
OH、
·
O2‑
、
·
O
等
)
来实现难降解有机物的去除
。
在非均相催化氧化技术中活性自由基的发生场所主要为催化剂表面的氧空穴
、Lewis
酸与官能团等点位，而现有的球形
Al2O3作为载体的催化剂的内部结构无法直接参与催化，大量的内部结构不仅降低了活性位点的体密度，同时导致材料浪费与成本升高
。
[0005]因此研究者认为，通过减小催化剂的尺寸至微
/
纳米级别
(
即粉末状
)
，可获得超高的比表面积
、
增加与催化剂
/
有机质的接触几率，以突破低浓度废水处理中的传质瓶颈，但粉末状催化剂需要额外的膜分离与回收工艺，成本高昂也操作复杂，并且传统金属基催化剂在使用时，因废水中的成垢离子较多，存在沉底结垢
、
板结失去活性的问题，所以一般需
要外加曝气
。

技术实现思路

[0006]1.
要解决的问题
[0007]基于现有催化剂在使用过程中存在沉底结垢的问题，本专利技术提供了一种新型的氧化铝基催化剂；同时，提供了所述氧化铝基催化剂的制备方法
。
[0008]2.
技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术第一方面提供了一种催化用材料，
[0011]所述催化用材料包括主体，所述主体包括氧化铝颗粒并具有密闭的空腔结构；
[0012]所述的空腔在所述主体中的体积占比为
65
～
90
％；
[0013]所述的氧化铝颗粒在所述主体中的质量占比为
70
～
90
％
。
[0014]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述氧化铝颗粒具有表面层
。
[0015]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述氧化铝颗粒在所述主体中的质量占比为
76
～
88.5
％；优选质量占比为
80
～
86
％；更加优选的质量占比为
80
～
85.7
％；最佳优选的质量占比为
81
～
84.5
％
。
[0016]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述密闭空腔的优选体积占比为
68
～
87
％；更加优选的体积占比为
75
～
83
％；最佳优选的体积占比为
80
～
82
％
。
[0017]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述表面层包括第一组分，所述第一组分包括过渡金属
。
[0018]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述表面层包括第二组分，所述第二组分包括碳
。
[0019]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述表面层包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括过渡金属，所述第二组分包括碳
。
[0020]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述第一组分包括过渡金属，所述第二组分包括碳；所述第一组分分布于靠近氧化铝表面的一侧；所述第二组分分布于远离氧化铝表面的一侧
。
[0021]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述过渡金属在所述第一组分中的质量占比大于等于
90
％，优选大于等于
95
％
。
[0022]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，所述碳在所述第二组分中的质量占比大于等于
90
％，优选大于等于
95
％
。
[0023]根据本专利技术目的的第一方面的任一实施方案，以所述氧化铝颗粒的重量作为总重量计算，所述第一组分的过渡金属的占比为5～
8wt
％；优选占比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种催化用材料，其特征在于，所述催化用材料包括主体，所述主体包括氧化铝颗粒并具有密闭的空腔结构；所述的空腔在所述主体中的体积占比为
65
～
90
％；所述的氧化铝颗粒在所述主体中的质量占比为
70
～
90
％；所述氧化铝颗粒具有表面层；所述表面层包括第一组分，所述第一组分包括过渡金属；或者，所述表面层包括第二组分，所述第二组分包括碳；或者，所述表面层包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括过渡金属，所述第二组分包括碳；或者，所述表面层包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括过渡金属，所述第二组分包括碳；所述第一组分分布于靠近氧化铝表面的一侧；所述第二组分分布于远离氧化铝表面的一侧
。2.
根据权利要求1所述的催化用材料，其特征在于，所述过渡金属在所述第一组分中的质量占比大于等于
95
％；和
/
或，所述碳在所述第二组分中的质量占比大于等于
95
％
。3.
根据权利要求1或2所述的催化用材料，其特征在于，以氧化铝颗粒的重量作为总重量计算，所述过渡金属的占比为5～
8wt
％；和
/
或，所述碳的占比为
10
～
20wt
％
。4.
根据权利要求1～3任一所述的催化用材料，其特征在于，所述催化用材料具有小于
1g/cm3的体积密度
。5.
根据权利要求4所述的催化用材料，其特征在于，所述催化用材料包括氧化铝颗粒
、
粘结剂和中空微球，所述中空微球形成位于所述催化用材料内部的密闭空腔；所述中空微球的体积密度小于
0.20g/cm3。6.
一种如权利要求1～5任一所述的催化用材料的制备方法，其特征在于，包括以下述工序
(a)
～
(c)
，
(a)
使氧化铝粉末与碳源和
/
或金属源接触，进行浸渍或者研磨的预处理；
(b)
对预处理后的氧化铝粉末进行煅烧；
(c)
使粘结剂
、
中空微球
、
煅烧后的氧化铝粉末混合；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏卡佳，杨旺龙，韩卫清，戴君诚，刘润，刘思琪，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：