[发明专利]磁性纳米锰铁羟基氧化物的制备及其在催化臭氧氧化除污染中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性纳米锰铁羟基氧化物催化剂的制备及其催化臭氧氧化除污染技术。

背景技术

近年来，具有“三致”作用或内分泌干扰作用的新型污染物——药物及个人护理品(pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)在地表水环境中不断出现，引发各国学者极为广泛的关注。由于人类和牲畜对PPCPs的大量使用，导致城市污水中PPCPs的暴露种类和浓度呈现增加的趋势。我国的地表水和城市污水处理厂进出水中也发现了人工合成麝香、抗生素类药物和类固醇雌激素等PPCPs的暴露，其暴露浓度在数十ng/L至数百μg/L。污水中PPCPs的浓度虽然较低，但其对人体健康和生态环境的影响却具有长期性、潜在性和灾难性的特点。由于常规污水处理工艺对PPCPs的去除能力十分有限，甚至无能为力。因此，必须借助深度处理技术进一步提高水质，实现污水的再生利用。

催化臭氧技术是基于臭氧的高级氧化技术，它将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来，能较为有效地解决有机物降解不完全的问题。在臭氧氧化系统中，加入固体催化剂，可以有效地提高臭氧降解/去除水中微量有机污染物的能力。固体催化剂的选择是多相催化臭氧氧化技术能否发挥高效氧化性能的决定性因素。多相催化剂主要有三种作用：

(1)吸附作用，多相催化过程或气固催化过程，是气体(液体)反应物在固体催化剂表面上进行。对于吸附量相对较大的催化剂，当其与水相接触时，水中的有机物首先会被吸附在这些催化剂表面，形成具有亲和性较强的表面螯合物，使臭氧氧化更高效。

(2)催化活化臭氧分子作用，这类催化剂通常具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，例如MnO_x、Al₂O₃等，通常情况下臭氧分子在这类催化剂表面被催化分解产生高氧化性的羟基自由基，羟基自由基能直接对溶液中有机物分子进行氧化分解，从而提高臭氧的氧化效率。

(3)吸附和活化臭氧分子双重作用，这类催化剂既能高效吸附水中有机污染物，同时又能催化活化臭氧分子，产生高氧化性的自由基，可以取得更好的催化臭氧氧化效果。在多相催化臭氧化技术中涉及的催化剂主要是金属氧化物(Al₂O₃、MnO₂等)、负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃等)以及具有较大比表面积的孔材料(活性炭等)。这些催化剂的催化活性主要表现对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。

通常多相固体催化剂的分离条件简单，有些催化剂甚至不需要分离(如气固两相催化)，二次污染少，并且可以不间断流水作业；但是大多数多相催化剂是利用高温或水热烧结制成的氧化物，其表面部分催化活性点是有限的，催化活性相对较差且催化性能不稳定。据研究表明，增大比表面积可以有效改善催化剂的催化性能。

磁性纳米锰铁羟基氧化物催化剂是以铁酸盐利锰酸盐为关键活性组分，集成了Fe_x(OH)_y、Mn_x(OH)_y二元金属羟基氧化物的表面特性，随着尺寸的减小和外形的变化，其纳米结构由于小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，导致多种电磁效应发生变化，并且利用滴加碱液进行共沉淀，形成具有磁性且易于分离的锰铁羟基氧化物催化剂，其与多相臭氧氧化技术相结合，可以显著提高对水体中的非那西丁等PPCPs的去除效果，起到对污染物的除污染效果，以获得更优质、稳定的出水，是一种具有广阔应用前景的催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对去除非那西丁等PPCPs现有水处理技术存在的不足和缺陷，提出一种含非那西丁等PPCPs的水体净水用催化剂的制备方法。磁性纳米锰铁羟基氧化物催化剂，可以显著提高常规给水处理工艺对含非那西丁水体的除污染效果，获得良好的出水水质。与其他催化剂相比，磁性纳米锰铁羟基氧化物催化剂对非那西丁等PPCPs的去除效果极佳，并且原料成本低廉，制备工艺简单，大大降低了催化剂的制备成本。

1.本发明的技术方案如下：

磁性纳米锰铁羟基氧化物催化剂的制备方法可以通过以下几个步骤实现：

(1)准确称量6.275g(0.025mol)四水合硝酸锰，20.2g(0.05mol)九水合硝酸铁，完全溶解于100mL的去离子水中，得到澄清溶液，并静止放置0.5小时；