[发明专利]一种用于去除水中痕量难降解有机物的中空纳米铜/稀土催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于去除废水中痕量难降解有机物的催化剂的制备方法及应用。该催化剂是通过铜和稀土金属对于中空磁性纳米材料进行改性制得的。我们发现其在废水处理净化工艺中可以高效地选择性催化氧化废水中的痕量难降解有机物。本方法制备的催化剂具有能和反应液充分接触、选择性高、活性高、性能稳定、使用寿命长、易于回收重复利用的特点。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于去除废水中痕量难降解有机物的催化剂的制备方法及应用。

背景技术

痕量难降解有机物，容易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源。这类污染物多包括多环芳烃、卤代烃、抗生素表面活性剂、有机染料等。它们的共同特点是毒性大、成分复杂、化学耗氧量高，因而一般处理技术对其降解效果很差。如果这些物质不加处理的排放到环境中，势必会造成其在环境中的富集，从而产生严重的污染环境并威胁人类的身体健康。随着工农业的发展，人们制造出了很多难降解有机物，传统的生物处理法在处理这类难降解有毒有机废水尤其是含残留微量难降解有机物的废水时显得力不从心，由此各种高级氧化技术应运而生，并且发展迅速。因此痕量难降解有机物的治理已成为了目前水污染防治研究中的热点和难点。

催化臭氧氧化技术在难降解有机物的污染治理中显示出很好的应用前景。其将臭氧的强氧化性、催化剂的吸附和催化特性相结合，能够在常温常压下高效地氧化甚至矿化那些传统臭氧氧化工艺难以氧化的有机污染物。然而，臭氧催化氧化过程中用到的均相催化剂通常为一些贵金属催化剂，价格昂贵。同时，这种均相催化剂的分离、回收及再生仍存在较大问题，催化氧化后催化剂的损耗较大。而非均相催化氧化因为催化剂制备工艺简单、易于回收处理、水处理成本较低等优点而成为了非常可行的方案。非均相催化剂主要包括金属氧化物(MnO₂、Al₂O₃等)及负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu-Al₂O₃，Mn-Al₂O₃，Mn-ZSM-5等)。然而，我们在试验过程中发现这些催化剂虽然价格十分便宜，但是通常存在单组分催化活性低，机械强度不够大，易粉碎，比表面积小，表面活性组分团聚或流失，不能很好的和反应液接触等问题。因此，基于本申请人课题组对于非均相催化氧化的研究，我们认为寻找一种同时具有均相和非均相催化体系优点的改性纳米催化剂是解决以上问题的有效方法，这种方法也逐步成为人们当下在相关领域研究的重点和难点。

发明内容

本发明目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于去除水中痕量难降解有机物的催化剂及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

选用低密度，机械性能好，具有磁性的中空磁性纳米材料作为催化剂的载体。这种载体可通过催化剂悬浮使反应液充分接触，并且在回收过程可通过磁铁吸取省去离心或过滤等过程。鉴于传统单一金属活性组分催化剂的催化活性较差，本发明采用铜/稀土双金属改性上述的中空磁性纳米催化剂，我们发现这种双金属改性能高效地选择性催化氧化废水中的痕量难降解有机物。这对于降解有机物废水，减少污染物的排放，具有显著的实际应用意义。

本发明采用以下技术予以实现：

将铜和稀土金属溶液按一定的物质的量比例混合，用浸渍法将其负载到中空磁性纳米介孔载体上，从而制备铜/稀土改性中空磁性纳米介孔催化剂，本方法制备的催化剂选择性和活性高，性质稳定，使用寿命长，易于回收，可重复利用，可以有效地选择性催化氧化废水中的痕量抗生素。

这种制备方法具体包括以下步骤：

一种用于去除水中痕量难降解有机物的中空纳米铜/稀土催化剂的制备方法，包括以下步骤：