[发明专利]一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用，所述臭氧催化剂的制备方法如下：S1：将污泥、造孔剂和硝酸镁混合，加水搅拌，然后将混合物蒸干至粘稠泥状物；S2：使用S1所得粘稠泥状物对特定直径的塑料颗粒进行包覆，通过控制包覆后小球的直径获得特定的包覆厚度，然后烘干至恒重；S3：将S2包覆后的小球置于惰性气氛中，升温至污泥的碳化温度并保持一段时间，冷却即得所述表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂。本发明提供的表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂为空心球颗粒，易于分离，且由于催化剂中空和球壳表面多孔，克服了普通成型颗粒催化剂中传质障碍造成的催化剂利用率不高的问题。

技术领域

本发明涉及臭氧催化氧化、环境材料领域，具体地，涉及一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

臭氧催化氧化技术只需在臭氧氧化过程中加入高活性催化剂，就可催化臭氧分解产生极强氧化性的羟基自由基（氧化电位，2.80v），其可将那些难以用臭氧单独氧化的高稳定性、难降解有机污染物有效降解，从而达到深度氧化、最大限度地去除有机污染物的目的。

氧化镁是一种无毒、环境友好的廉价材料，其粉体材料表现出优异的臭氧催化氧化活性，但是氧化镁粉体催化剂以粉末形式存在，使用后难以分离，严重地阻碍了其实际推广应用。催化剂成型是指将活性催化组分与某些载体结合在一起，固化后制成体积较大的具有一定几何结构的材料。成型后的催化剂易于分离，但是成型颗粒催化剂中，由于传质障碍导致催化剂的利用率不高，仅与污染物接触的颗粒催化剂表面起到有效催化作用。

发明内容

本发明的目的在于克服粉体臭氧催化剂难以分离、而成型颗粒催化剂又存在传质障碍导致催化剂利用率不高的不足，提供一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法。

本发明提供的表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂为空心球颗粒，易于分离，且由于催化剂中空和球壳表面多孔，克服了普通成型颗粒催化剂中传质障碍造成的催化剂利用率不高的问题。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂在催化降解水中污染物的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，所述臭氧催化剂的制备方法如下：

S1：将污泥、造孔剂和硝酸镁混合，加水搅拌，然后将混合物蒸干至粘稠泥状物；

S2：使用S1所得粘稠泥状物对特定直径的塑料颗粒进行包覆，通过控制包覆后小球的直径获得特定的包覆厚度，然后烘干至恒重；

S3：将S2包覆后的小球置于惰性气氛中，升温至污泥的碳化温度并保持一段时间，冷却即得所述表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。

本发明采用塑料颗粒为模板、污泥为赋形剂、高活性氧化镁为核心催化剂，并通过添加造孔剂，热解后，塑料颗粒分解为气体而留下中空结构，塑料颗粒分解的气体以及柠檬酸、氯化锌或氢氧化钾起到造孔剂的作用，使污泥碳球壳呈现多孔结构。本发明提供的方法通过选择塑料颗粒直径来调控中空大小、选择污泥包覆厚度来调控球壳厚度、选择硝酸镁与污泥的质量比来调控壳层中氧化镁和污泥碳的组成、选择柠檬酸与干污泥的质量比来调控球壳的孔结构，制备了一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。

本发明提供的方法将催化剂成型解决了催化剂粉体回收困难问题；另外，由于催化剂为中空结构以及表面的多孔结构，使其能够有效促进传质从而提高催化剂使用效率；同时，由于使用了高活性的氧化镁，该催化剂表现出优异的催化臭氧氧化降解污染物的活性。