[发明专利]一类用于阳离子型染料废水湿式催化氧化的催化剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本专利涉及一类可用于阳离子类染料废水湿式催化氧化的复合催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

近年来，随着国民物质和文化生活水平的提高，印染业在我国迅速发展，并逐渐成为了我国的支柱产业之一。然而，印染业所产生的染料废水，逐渐成为了我国水体污染的主要污染源之一。阳离子染料是一类碱性染料，因其结构的特殊性，在腈纶印染中具有较为广泛的应用。近年来，阳离子染料也逐渐开始应用于可染型锦纶及纸张、皮革等的印染。据报道，2005年，我国的阳离子类染料产量已接近2万t，且有逐年递增的趋势。然而，阳离子类染料废水不仅成分复杂、含有锌等重金属离子、色度高，其本身或降解产物也具有生物毒性，其中所含的芳香胺等具有致癌、致畸、诱发基因突变等性质，对水环境和人体具有极大的危害。

目前常见的阳离子类染料废水处理技术主要可分为物理法、生物法和化学法。物理法主要包括吸附法和膜分离。吸附法常使用活性炭、树脂、天然矿物及一些新型的吸附材料对阳离子染料废水进行吸附，常用于出水的深度处理；膜分离技术可实现对高盐度、高色度、高COD染料分子的截留，无机物几乎全部通过。然而吸附剂的再生和膜堵塞问题的存在，影响到了物理法在阳离子染料废水中的应用。生物法则主要利用微生物的代谢作用，破坏染料分子中的不饱和键及发色基团，从而达到脱色降解的效果。生物法降解周期相对较长，对COD和TOC的降解效果较差。化学法则主要分为化学混凝法、电化学法和化学氧化法。混凝法常用于阳离子染料的预处理，处理量大，但处理效果不甚理想。电化学法可间接或直接将废水中的有毒物质转化为无毒物质，可同时去除阳离子染料废水中的色度和多种污染物质，但不适用于高浓度染料废水处理。化学氧化法可分为普通化学氧化法、Fenton法、光催化氧化法、超临界水氧化法和湿式催化氧化法等氧化技术。据大量国内外研究表明，湿式催化氧化法在处理染料废水方面具有一定的优越性。

湿式催化氧化法可有效处理高浓度难降解有机废水，由湿式空气氧化法发展而成。该法在高温(200～280℃)、高压(2～8MPa)的条件下，以富氧气体或氧气为催化剂，利用催化作用和氧化剂与废水中有机物的呼吸反应，使废水中的有机物及含N、S等毒物氧化成CO₂、N₂、SO₂和H₂O，达到净化目的。反应过程中催化剂的加入，不仅可以提升整体的反应速率，而且可以使反应过程中间产物得到更为有效的降解。然而，湿式催化氧化法需在高温高压的条件下进行，对反应容器的材质、抗压能力要求较高，反应能耗大，不适用于实际生产中大规模染料废水的处理。因此，国内外有众多科研人员正致力于开发稳定而高效的新型催化剂，以使湿式催化氧化在更为温和的条件下进行的同时，催化效果得以提升。

三氧化钼(MoO₃)是一种制备方法简单，在空气中可稳定存在的金属氧化物。纯三氧化钼通常可通过在空气中加热金属钼或钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)制备而成。常见的MoO₃以单斜相(β-MoO₃)、六方相(h-MoO₃)或正交相(α-MoO₃)存在，其中，单斜相和六方相为热力学介稳相，正交相为室温下热力学稳定相。据报道，三氧化钼在合成催化剂、光电元器件、抑烟阻燃及制作电池电极等许多功能材料方面具有优良的特性。钼酸盐是无机盐纳米材料中重要的一种，具有较高的比表面能、外露活性、选择性和带隙窄等优良特性，因而受到人们的广泛关注。研究表明，钼酸盐具有优异的光学、电学性能，已在湿度感应、光学、荧光体、抑霉抗菌等领域获得应用，也在海水缓蚀、催化降解废水、电极材料等领域也具有潜在的应用前景。目前，钼酸盐可通过固相、气相和液相法合成。由于我国钼的储备量居世界首位，开发新型的含钼纳米材料，具有极大的优势。