[发明专利]一种可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂，其为核壳结构，核为负载锰的氧化铝，壳为负载羟基氧化铁的氧化铝，其中，以负载锰的氧化铝为基准，锰元素含量为5wt％～10wt％，以负载羟基氧化铁的氧化铝为基准，铁元素含量为5wt％～10wt％，负载锰的氧化铝与负载羟基氧化铁的氧化铝的质量比为10：1～1：1。本发明催化剂制备方法简单，可实现大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂、其制备方法及用途。

背景技术

高级氧化技术因氧化能力强、污染物去除率高、工艺运行稳定，成为处理难降解废水的主要手段。其中臭氧催化氧化技术作为一种高效、实用、无二次污染的高级氧化技术在处理难降解废水方面已经工程化应用。

随着排放标准的提高，单独的臭氧催化氧化技术已经遇到了瓶颈，很多废水经过臭氧催化氧化处理后，化学需氧量(COD)仍然无法达到排放标准。因此，人们开展了该项技术与双氧水、光、超声、微波等方法联用，例如O₃/H₂O₂、UV/O₃、超声催化臭氧氧化、微波催化臭氧氧化等复合催化氧化技术。

然而，臭氧与电化学技术组合研究较少，电化学技术本身就是一种清洁的高级氧化技术，然而，常规的电化学技术只利用阳极氧化降解污染物，阴极一般发生析氢反应。此外，通常臭氧发生器产生臭氧的含量不超过10％，剩余约90％的高纯度氧气直接排放到大气中，非常可惜。在电化学反应器中，氧气可以在阴极通过还原反应转化为双氧水，双氧水有一定的氧化能力，但是氧化能力不够强，通过添加非均相芬顿催化剂，可以将双氧水进一步转化为氧化能力更强的羟基自由基，通常双氧水分解的反应速率比较慢，而臭氧分解的速率较快，使得污水处理反应器中由于双氧水分解慢来不及分解就流出反应器，而只有臭氧在反应器中起到氧化作用，导致那些需要臭氧和双氧水分解后协同才能氧化的物质无法被分解掉，因此如何平衡双氧水和臭氧的分解速率，是一个需要解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂、其制备方法及用途，该催化剂制备方法简单、环境友好、可循环再生，并且该催化剂能够很好的平衡双氧水和臭氧的分解速率问题。

本发明第一方面提供一种可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂，其为核壳结构，核为负载锰的氧化铝，壳为负载羟基氧化铁的氧化铝，其中，以负载锰的氧化铝为基准，锰元素含量为5wt％～10wt％，以负载羟基氧化铁的氧化铝为基准，铁元素含量为5wt％～10wt％，负载锰的氧化铝与负载羟基氧化铁的氧化铝的质量比为10：1～1：1。

上述可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂，壳的厚度为10μm～100μm，核的当量直径为2mm～5mm。

上述可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂，壳为多孔结构，平均孔径为0.2μm～2μm，当废水经过催化层时，先扩散到外壳，双氧水发生催化分解反应，当进一步扩散到反应核时，臭氧发生催化分解反应，通过外壳厚度调控两种反应的速率。

上述可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂，可用于处理焦化废水、炼化废水、医药废水、印染废水、垃圾渗滤液、农药废水等多种领域所产生的难降解污水。

本发明第二方面提供一种可调控臭氧和双氧水分解速率的双效催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)负载锰的氧化铝的制备：选用直径为3～5mm的氧化铝小球为催化剂载体，清洗，烘干，在含锰的溶液中浸泡，烘干，焙烧，得到负载锰的氧化铝小球；

(2)氢氧化铝浆液的制备：将氢氧化铝粉末溶于溶剂中，溶剂为水和乙醇，乙醇和水的体积比为1:1～1:3，氢氧化铝的含量为10wt～25wt％；