[发明专利]负载催化活性纳米微粒吸附剂的制备方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明属于废水后处理技术领域，具体涉及一种在污水处理中具有吸附和高级催化协同起效作用的负载催化活性纳米微粒吸附剂的制备方法、产品及应用。

背景技术

用吸附法进行废水处理，具有吸附处理后水质好且稳定、吸附剂没有二次污染等独特优点，因而在污水处理中占有重要地位。传统吸附剂包括活性炭、树脂、膨润土、木质素类等，它们利用发达的孔道结构以及特征功能团的交换和吸附作用，能对废水中的化学物质进行有效分离，从而达到净化污水的目的。因组成和结构不同，各类吸附剂能处理的典型废水也各有特点：活性炭作为最广泛应用的水处理吸附剂，能有效去除水中游离氯、色度着色成分、氯苯酚、三氯甲烷、农药等；离子交换树脂因含有可交换的活性功能基团，主要用于回收重金属、贵金属和稀有金属，以及除去有机废水中的酸性或碱性的有机物质如酚、酸、胺等；膨润土则因表面带负电荷以及层状结构特点，使它对重金属离子及溶液中的菌类都有较好的吸附效果。

同时，各吸附剂也存在显著不足：活性炭虽然吸附量大、吸附效率高，但再生困难，重复利用度低；离子交换树脂虽具有可再生性，但本身成本较高、交换能力有限，常需经多次再生、交换才可满足要求；硅藻土虽然价格低廉，但吸附容量小、应用范围窄。为克服各类吸附剂在废水处理中的弱点，目前主要通过对吸附剂进行改性以优化其性能，如在活性炭表面进行硝酸氧化以增加酸性基团的数量和改善其表面亲水性等。

对于难降解、持久性的有机污染废水，高COD(化学需氧量)、高盐含量、高色度以及极端pH环境的水质特点更使吸附分离法、生物氧化法等常规水处理技术效果欠佳，导致鲜有成功应用的工程范例出现。高级氧化技术，又称深度氧化技术，即在废水处理中通过氧化反应生成活性极强的自由基(如HO·等)来降解有机污染物的技术，目前被开发以解决这个水处理难题。已知HO·自由基的氧化电位是2.8V，仅次于氟的2.87V最强氧化还原电位，因此它对难降解有机污染物的开环、断键、加成、取代、电子转移等过程反应活性极高，不但能使难降解的大分子有机物转变成小分子物质，甚至还可将其直接氧化成CO₂和H₂O，实现无害化处理的最终目的。高级氧化法的特点是：(1)能产生大量非常活泼的羟基自由基HO·，它作为反应的中间产物，可诱发一系列的氧化反应；(2)HO·自由基可无选择地直接与废水中的污染物反应，部分或全部将其降解为二氧化碳、水和无害盐，避免产生二次污染；(3)氧化反应效率高，甚至可以降解10^～9级的污染物；(4)与其它水处理技术具备兼容性，如可作为生化处理的前/后预处理手段等。

目前的高级氧化技术以溶液均相反应为主，尽管处理效果理想，但也存在催化剂组分反应后的流失问题，不利于循环利用和生产过程的连续化操作；另一方面，在高浓度废水处理中，还存在有机物对氧化剂的大量消耗引发的处理效率低等问题。

纳米微粒的小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性，如纳米微粒粉体对各种波长光的吸收宽化现象，以及对特定波长的光吸收蓝移等；而纳米微粒表面的高活性和超大比表面积，使其具备了超强的反应活性和吸附能力，这些特点使它在参与高级氧化反应过程中，既能大大促进HO·自由基的形成，还可显著提高反应过程的速度和氧化效率等。

发明内容

本发明提供了一种负载催化活性纳米微粒吸附剂的制备方法，该方法基于吸附剂载体骨架，在均相条件下通过将金属氧化物纳米微粒原位固定于吸附剂载体骨架结构上；吸附剂载体在保留原有吸附能力的同时，还具备了高级催化氧化能力，从而开发出一种集吸附和催化协同作用的新型吸附剂。

本发明还提供了一种由上述方法制备得到的吸附剂，该吸附剂一方面实现了吸附剂的催化作用与吸附作用的协同起效，提高了废水处理效率；同时也实现了高级氧化技术中催化剂组分的固定化的问题，降低了催化剂的流失。

本发明也同时提供了上述吸附剂在含有机磷废水处理中的应用，试验证明将该吸附剂用于含有机磷废水后处理时，有机磷去除效率高，应用性强，市场前景广。

一种负载催化活性纳米微粒吸附剂的制备方法，包括：

(1)选择吸附剂载体，并对吸附剂载体预处理；

(2)将步骤(1)预处理得到的吸附剂载体与金属盐溶液在无氧条件下混合均匀，然后过滤，过滤得到的吸附剂载体水洗；

(3)将步骤(2)水洗得到的吸附有金属离子的吸附剂载体浸入水中，加入碱调节至pH为碱性，使金属离子在吸附剂载体上进行原位反应，原位反应完成后，将吸附剂载体过滤，水洗，然后后处理得到负载催化活性纳米微粒的吸附剂；