[发明专利]一种基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

Fe²⁺在酸性条件下催化H₂O₂产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)，·OH 对废水中有机物具有较好的氧化降解能力。Fe²⁺与H₂O₂的结合即为Fenton试剂。 Fenton反应的局限主要为：反应需要在pH＝2～4的酸性环境中进行，实际工程应 用中需要消耗大量的酸和碱，催化剂消耗量大，处理后形成大量铁泥。非均相 Fenton和类Fenton作为传统Fenton反应的重要发展，成为近年来研究的热点。

非均相Fenton研究如何将Fe²⁺固定化，使Fe²⁺以非均相的形式参与反应， 与传统Fenton相比具有催化剂易分离、易回收、减少大量铁泥产生等优点，非 均相Fenton可以在一定程度上拓宽反应的pH适用范围，但在中性条件下仍不 能取得较好的催化效果。类Fenton是利用其它金属离子代替Fe²⁺在外加紫外光 照等条件下催化H₂O₂产生·OH，但因需要额外增加其它设备使得投资成本较高， 工程应用范围较窄。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种基于火山石 为载体的中性高级氧化催化剂，该催化剂可在较宽的PH范围内催化H₂O₂产生 氧化能力极强的羟基自由基，同时具有较高的机械强度，较好的稳定性和重复 使用性。

本发明采用的技术方案为：一种基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂， 包括火山石，所述火山石上负载有过渡金属离子，所述过渡金属离子能够催化 H₂O₂产生羟基自由基。

优选地，所述基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂在pH中性条件下催 化H₂O₂产生羟基自由基。

更优选地，所述过渡金属离子为Cu²⁺。

优选地，所述过渡金属离子中掺杂有能够扩宽过渡金属离子催化H₂O₂产生 羟基自由基的pH适用范围的其他离子。

更优选地，所述过渡金属离子为Cu²⁺，所述其他离子为Mn²⁺。Cu²⁺对H₂O₂有催化性能，Cu²⁺中掺杂Mn²⁺可以有效拓宽Fenton反应的pH适用范围，且Mn²⁺可以促进“Cu²⁺与Cu³⁺转化”的循环过程，提升催化反应速率。

优选地，所述Mn²⁺的摩尔数为Cu²⁺与Mn²⁺总摩尔数的10％～30％。

优选地，所述火山石的粒径为2～15mm，容重为400～900kg/m³。

火山石是一种多孔、轻质的玻璃质酸性火山喷出岩，其化学成分主要为 SiO₂、Al₂O₃并含有多种过渡金属氧化物，具有比表面积大、质量轻、机械强度 大、抗腐蚀等特点，是比较好的高级氧化催化剂载体材料。由于其含有过渡金 属氧化物，自身具有一定的催化性能，但是由于有效金属离子含量少，催化效 率较低。在火山石上负载过渡金属离子后，可提高其催化性能。并且本发明的 基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂可实现在pH中性条件下催化H₂O₂产 生羟基自由基。

本发明还提供了制备所述的基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂的方 法，包括以下步骤：

1)提供火山石；

2)对所述火山石进行处理，使其表面负载过渡金属离子，所述过渡金属离 子能够催化H₂O₂产生羟基自由基。

优选地，所述步骤2)通过如下步骤实施：

21)使用酸液去除火山石表面的碱类物质及残留有机质，得到纯净火山石；