[发明专利]聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂的制备与应用技术领域，具体涉及一种聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂的制备方法及其在水处理中的应用。

背景技术

非均相催化臭氧氧化技术是近年发展起来的一种新型的、在常温常压下将难以用臭氧单独氧化的有机物氧化的方法，具有催化剂制备工艺简单、易于回收，处理成本低，活性高，不会造成二次污染等优点。目前，所用的催化剂主要是金属氧化物(MnO₂、Al₂O₃ 、TiO₂ 等) 、负载在载体上的金属或羟基金属氧化物以及活性炭等。

羟基氧化锌具有比表面积大，催化活性好，化学性质稳定等优点，在非均相催化臭氧氧化领域受到国内外研究者的广泛关注。但羟基氧化锌为白色的粉末状晶体，置于水中，很难与水分离，因此在催化臭氧氧化处理完有机物后很难回收利用。为了使该催化剂适用于生产，必须增加该催化剂的沉降性能。

硅酸钠又叫水玻璃，水解后会形成强碱弱酸盐，该盐能与强酸弱碱盐发生一系列复杂的化学聚合反应，形成以硅酸盐为骨架的各种反应产物，从而增加反应产物的机械强度和化学沉降性能。因此本发明将硅酸盐引入到催化剂的制备工艺中，从而增加催化剂的沉降性能和化学稳定性。该种聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂的制备方法和其在非均相催化臭氧氧化水处理中的应用还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂的制备方法，用该方法制得的催化剂在水处理中沉降性能良好，同时能提高有机污染物的去除率。

本发明的技术方案：一种聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将浓度为0.01mol/L硝酸溶液逐滴滴加到可溶性锌盐溶液中，调节锌盐溶液的pH为2~3；

（2）以100r/min~300r/min的搅拌速度不断搅拌步骤（1）中得到的锌盐溶液，并缓慢滴加浓度为0.4~0.8mol/L的碱金属硅酸盐水溶液直至混合液的pH为7；

（3）将浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液滴加到步骤（2）所得的混合液中，调节混合液的pH>12；

（4）将步骤（3）中所得的混合液静沉10~30min，然后置于40℃~60℃的环境中活化12~24h；

（5）将活化后的沉淀物过滤，并用超纯水反复洗涤沉淀物至上清液的电导率和pH值不发生变化；

（6）将步骤（5）所得的沉淀物置于40℃~60℃的烘箱中干燥12~24h，研细、过筛，即得到聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂。

所述步骤（1）中的可溶性锌盐溶液的浓度为0.2~0.4mol/L。

所述步骤（1）中的可溶性锌盐溶液是硝酸锌溶液、硫酸锌溶液或氯化锌溶液。

所述步骤（2）中的碱金属硅酸盐溶液是硅酸钠溶液、硅酸钾溶液或偏硅酸钠溶液。

利用上述聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂的制备方法制得的聚锌硅盐掺杂羟基氧化锌催化剂在水处理中的应用。

可溶性锌盐属于强酸弱碱盐，溶于水后水溶液呈酸性，pH值为4.5左右，硅酸钠属于强碱弱酸盐，溶于水后水溶液呈强碱性pH值为12，当可溶性锌盐直接与硅酸盐反应时，存在反应不充分，大部分的产物为硅酸锌，与现有技术相比，本发明在可溶性锌盐溶液中加入了强酸，强化了可溶性锌盐的酸性和离解性，使得硅酸钠与可溶性锌盐的反应更加充分，并且在反应后用强碱将反应产物的pH值调节到12左右进行活化，这是因为，pH值为12的溶液中存在大量的氢氧根离子（OH^-），经过适当时间的活化，溶液中的OH^-会键联到产物的表面上形成表面羟基，这些表面羟基是催化剂催化臭氧氧化反应的活性中心，能够与臭氧发生反应生成强氧化性的羟基自由基，从而氧化去除水体中的有机物。通过分析发现，该方法所制备的产物主要以(a)Zn-O-Si(OH)， (b) Zn-O(OH)₂-Si(OH)₃，(c) (OH)Si-Zn-(OH)O-O-O(OH)-Zn-Si(OH)为主。