[发明专利]类Fenton法深度处理印染废水催化剂的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及以过渡金属Cu、Fe、Ni为活性组分，以锆铝复合氧化物为载体的负载型催化剂及其制备方法，可用于类Fenton法深度处理难降解印染废水，属于水处理技术和功能材料领域。

背景技术

近年来高级氧化技术（Advanced Oxidation Process,AOPs）处理难降解有机废水受到了人们的普遍关注，其中催化湿式过氧化氢氧化技术（Catalytic Wet Peroxide Oxidation，简称CWPO）采用氧化性较强的过氧化氢做氧化剂，在反应过程中过氧化氢分解为氧化性更强的羟基自由基（·OH），进而将有机污染物氧化为小分子有机物质甚至直接矿化为H₂O和CO₂，整个过程中不会产生刺激性有害气体。CWPO技术是1894年Fenton首先发现和提出的，因此又称为Fenton技术，使用多相催化剂的催化湿式过氧化氢氧化技术又称作类Fenton技术，该技术改进了湿式氧化技术（WetO₂Oxidation，简称WAO）需要在高温高压下才能进行以及对设备要求苛刻的条件，降低了经济成本，受到越来越多的关注。

催化剂可以改变反应路径，降低反应条件，因此在催化湿式过氧化氢氧化技术中催化剂研制是关键，根据催化剂的形态可以将其分为均相催化湿式过氧化氢氧化技术和多相催化湿式过氧化氢氧化技术。均相催化中活性组分与反应物接触充分，具有反应速率高，活性大的优点；但该技术受pH限制严格，在pH=3左右才有好的催化效果，并且催化过程中会产生大量的金属泥而增加了处理成本；多相催化具有易分离，可以在宽pH范围内使用，活性高、稳定性强的优点，能够克服均相催化的各种缺点。因此，近年来多相催化剂已经成为研究的热点；开发活性高、稳定性好、廉价的催化剂是本研究的重点。

目前，关于类Fenton技术的报道大部分都是以苯酚作为模型废水进行的，对印染废水等工业废水的研究很少；多相类Fenton技术的催化剂载体一般都是以氧化铝、氧化钛以及活性炭作为载体。如专利号为CN1562798A的专利采用氧化铝作为载体担载活性组分铁处理苯酚和硝基酚废水，能够取得很好的催化效果；专利号为CN102101053A的专利，利用氧化铝、氧化钛或活性炭为载体担载贵金属钌或钴为活性组分，并添加第二组成Ce或Fe制得处理有机废水的催化剂，虽然效果良好，但是成本较高。本文采用共沉淀法制备了一种具有高表面积和强度的锆铝复合氧化物载体，并用其担载过渡金属做为催化剂，制备了一种能够在常温常压下高效降解印染废水的催化剂，该催化剂具有很好的催化活性和稳定性，并且具有长的使用寿命，适合工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于类Fenton法深度处理难降解有机废水的催化剂的制备方法，旨在提高催化剂的活性和稳定性，以提高类Fenton反应的活性、降低废水中金属泥的含量，从而促进类Fenton技术的广泛应用。

本发明提供了一种过渡金属氧化物/锆铝复合氧化物催化剂的制备方法。该催化剂以过渡金属Cu、Fe、Ni为活性组分，以锆铝复合氧化物为载体，采用等体积浸渍法制得；该催化剂能够高效降解印染废水，并且稳定性良好，按照如下步骤制备：

锆铝复合氧化物载体制备步骤为：（1）将0.2～0.8mol的ZrOCl₂·8H₂O及0.2～0.8mol Al(NO₃)₃·9H₂O溶解到1～2.5L的纯水中，加入0～2mol的硝酸防止水解，并加入0～200ml双氧水，搅拌20min配制成锆铝复合盐溶液；（2）向加热到60~80℃的锆铝复合盐溶液中，以10ml/min的速率逐滴加入1~2.5L的12.5wt.%氨水中，或者将锆铝复合盐溶液以15ml/min的速率逐滴加到1~2.5L的12.5wt.%氨水中，生成白色胶状物；（3）胶体常温老化12h，真空过滤并洗涤，所得滤饼挤条；（4）挤出物在25～120℃进行一步或两步干燥2～24h，然后在500～800℃进行一步或两步煅烧2～8h制得锆铝复合氧化物载体。