[发明专利]一种水处理材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锰铁复合催化剂材料，涉及该材料的制备方法以及该材料在水处理领域以及空气处理中的应用。

背景技术

随着社会经济和工业生产的不断发展，环境污染越来越严重，环境的恶化严重影响了人类的生活质量和生产活动，已经成为全球性普遍关注的重要课题。近年来我国的水源普遍遭到污染，且呈发展趋势，水源污染使原有的水处理工艺受到前所未有的挑战。目前生物处理技术由于其经济实用等优点已在水处理领域得到了广泛应用。然而当水体中存在毒性难生物降解有机污染物时（例如 2, 4-二氯苯氧乙酸），会使生物技术难以实施。因此需要探索和研究更为经济有效的水处理的新技术和新方法。

臭氧氧化技术是一种环境友好的水处理技术，近些年来得到广泛研究并应用于水体中有机污染物的去除。但是由于臭氧本身的一些理化性质，使之在水体中反应时具有较强的选择性，很难将原水中的有机物矿化完全。随之发展而来的多相催化臭氧氧化技术是一种新型的高级氧化工艺，它能提高臭氧的利用效率同时提高水中有机污染物的去除效率。催化臭氧化技术在众多研究中显现出的巨大优势，有望成为一种应用于实际水体的水处理技术。

臭氧是一种不稳定气体，具有刺激性特殊气味，其分子式为 O₃。在地球同温层内，臭氧可经光化学反应合成，但是在地表面附近仅以极低浓度存在。常温常压下，浓度较低时臭氧是无色气体。其密度为 2.14 g·L^-1(0℃，0.1MP)，沸点是-111℃，熔点是-192℃。在浓度为 2×10^-5～1×10^-4g·m^-3时，臭氧具有可察觉性，当其浓度积聚到 15%以上时会呈现出淡蓝色，同时显出刺激性气味。需要特别注意的是当气体臭氧的浓度达到 240g·m^-3时有爆炸危险。

臭氧略溶于水，常温常压下在水中的溶解度比氧气高 13倍，比空气高 25倍。溶解度受温度和大气压的影响，常压下 20℃时臭氧在水中和空气中达到均衡时平衡浓度之比为 0.285。和其他气体一样，臭氧在水溶液中的溶解度遵守亨利定律。即：任何气体溶于已知液体中的质量与该气体作用于液面上的分压成正比。亨利常数的大小只与温度相关，与浓度无关。

一般认为臭氧在水溶液中的反应是一个发生在气液两相的过程。它包括臭氧分子从气相向液相的传递；水溶液中的挥发性有机物质从液相向气相的逸出；臭氧与有机污染物质在液相中的直接氧化还原反应；臭氧在液相中自发或经触发分解产生的各类自由基与水溶液中的有机污染物之间的间接氧化还原反应。臭氧氧化水溶液中有机物的基本原理是通过臭氧及其衍生物分子的强氧化性将水溶液中的有机物分子分解成二氧化碳和水，或者将大分子的有机物分解为小分子的可生物降解的有机物。其主要遵循直接氧化和间接氧化两条不同的路径。当自由基的链反应被抑制时，臭氧的直接氧化反应成为最主要的氧化途径。

催化臭氧化技术。催化臭氧化技术可以高效地利用水溶液的臭氧、高效地去除水溶液中的有机污染物，近年来发展较快。催化臭氧化技术根据催化剂的不同可以分为两类：均相催化臭氧化技术和多相催化臭氧化技术。均相催化臭氧利用过渡金属离子如 Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Mn²⁺、Cd²⁺、Ag⁺等作为催化剂催化臭氧分解降解水中的有机污染物，12高、对污染物的氧化降解彻底；不引入二次污染，不需后续处理；多相催化剂稳定性好，不易流失；催化剂可多次重复再生使用。正是这些优点使多相催化臭氧氧化具有工程应用的优势。多相催化臭氧氧化反应的关键是催化剂的选择，目前研究较多的催化剂主要是金属氧化物、负载型金属/金属氧化物。金属氧化物主要包括氧化铝、过渡金属氧化物(如 MnO₂, TiO₂等)，负载型金属氧化物催化剂的制备方法主要是浸渍法，以 Mn、Co、Cu 等过渡金属为活性组分，活性炭和 Al₂O₃等因其比表面积较大用作催化剂载体。