[发明专利]一种用于废水处理的三元共结晶臭氧氧化催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于废水处理的三元共结晶臭氧氧化催化剂的制备方法，该制备方法首先按照特定的摩尔比将铁锰镍三种催化活性组分溶于水配制成共结晶混合母液，随后将γ‑Al₂O₃分子筛放入混合母液之中，采用在20℃下恒温浸渍的方法使母液中三种有效成分均匀吸附于γ‑Al₂O₃分子筛表面，再经过120℃微波干燥预处理之后，在高温微波烧结炉内先后采用150℃结晶共析出，20分钟快速升温和550℃热消解的工艺，制成负载型三元共结晶臭氧氧化催化剂。本发明的制备方法简单高效，催化剂产品表面的三元活性成分以共结晶体存在，催化臭氧化效果好，且具有极高的致密性，与基材结合牢度高，耐化学腐蚀，有效地解决了催化剂流失问题。

发明领域

本发明涉及一种用于废水处理的三元共结晶臭氧氧化催化剂的制备方法。

技术背景

目前，高级氧化法处理复杂有机物废水是一个有效的方法，但因为氧化物的氧化能力不足，对有机物的降解效率低，并且处理成本高等因素的限制，阻碍其大规模应用。臭氧具有较强的氧化性，在水中通过释放臭氧自由基可以对很多复杂的有机物进行氧化降解。但臭氧的半衰期较长，在水中的溶解度较低，大量的臭氧以气泡的形式存在，这些气泡在水中停留时间很短，上浮速度快，因此臭氧难以得到充分利用，其利用率一般不超过30％。

臭氧催化臭氧化技术是利用臭氧在催化剂表面产生更高氧化性的羟基自由基来彻底降解有机物的方法，该方法具有反应速度快，无选择性、反应条件温和、不会产生二次污染等诸多优点，它不仅保留了臭氧绿色，无毒，无二次污染的优点，同时还解决了臭氧的溶解度不高、氧化能力不足等缺陷，被认为是解决工业有机废水处理的最有效手段之一。臭氧催化臭氧化技术是在上个世界80年代后才从给水消毒领域过度到工业废水处理之中，发展缓慢的原因主要是缺少高效的、低成本的催化剂。

目前，臭氧催化臭氧化技术多采用非均相催化剂，而开发新型的稳定的，经济的，高效的非均相催化剂是该技术大规模应用的关键。已报道的非均相催化剂包括三类：其一是金属氧化物，包括MnO₂、Ce₂O₃、Al₂O₃和Ce_xZr_1-xO₂等；其二是负载型的金属或者金属氧化物催化剂，如Co/Al₂O₃，Cu/Al₂O₃，Ru/AC，Ru/Al₂O₃，Fe₂O₃/Al₂O₃，Co/Al₂O₃，Ru/Al₂O₃，Fe₂O₃/AC等；其三是碳材料，如活性炭、活性焦等。有报道称，臭氧能够氧化碳材料导致这类催化剂的失活，同时，碳材料产生羟基自由基的机理是Lewis碱位点的活化机理，在碱性条件下，废水中的钙镁离子容易造成催化剂的失活；而一般的金属氧化物催化剂往往采用超细粉体一次性烧结工艺制备，该方法制备的催化剂虽然成本低，但比表面积小，表面有效成分的含量低，催化效果差；传统的金属氧化物负载型催化剂，一般采用浸渍法，烧结于多孔氧化铝表面，不耐酸碱，容易造成有效成分的流失。有报道称，采用一些贵金属和掺杂Pt的催化剂，在水中具有良好的稳定性，且氧化效率高，但贵金属成本比较高，不适合应用于大规模废水的处理领域。因此，开发一种采用廉价的、有效成分不易流失的非均相催化剂是大规模应用臭氧催化氧化技术的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于废水处理的三元共结晶臭氧氧化催化剂的制备方法，该制备方法工艺设计简单，易于放大，设备简单，成本低，周期短，有效成分为三元共结晶体，长期使用时活性成分不易流失。