[发明专利]一种乙酸催化氧化非晶态催化剂、制备方法及催化氧化工艺

说明书

本发明涉及一种乙酸催化氧化非晶态催化剂、制备方法及催化氧化工艺，属于化学催化氧化技术领域，解决了现有技术中乙酸去除率低的技术问题。本发明的乙酸催化氧化非晶态催化剂为非均相的Cu‑Zr‑Ce三元非贵金属催化剂为非晶态三元金属混合氧化物催化剂，结构式为：xCuO‑yZrO₂‑zCeO₂，其中，x：y：z＝(1～2)：(1～5)：(1～5)；乙酸催化氧化的产物为二氧化碳和水。制备方法：将金属盐前驱体溶解于溶剂中，得到前驱体混合溶液；向前驱体混合溶液中滴入沉淀剂，产生沉淀物在室温下老化24h‑48h后，进行离心分离；将离心分离所得固体在空气中焙烧，得到乙酸催化氧化非晶态催化剂。本发明的催化剂能够将乙酸催化氧化为无毒无污染的二氧化碳和水，乙酸去除率达到93％以上。

技术领域

本发明涉及化学催化氧化技术领域，尤其涉及一种乙酸催化氧化非晶态催化剂、制备方法及催化氧化工艺。

背景技术

水是人类生活和生产不可缺少的物质资源。随着工业生产水平的迅猛发展，水在使用过程中难以避免受各种物质污染而丧失其使用价值，水体污染造成的资源短缺问题日益严重。据有关部门调查，我国工业用水约占全国总用水量11％，工业在使用水资源时会排放大量的工业废水，且大多数工业废水都具有有机物浓度高、生物降解性差甚至有些对微生物具有毒性等特点。国内外对这种高浓度、难降解有机废水的综合治理都予以高度重视并制定了严格标准。目前，部分成分简单、生物降解性好、浓度较低的废水均可以通过传统工艺得到处理，而浓度较高、难以生物降解的废水仍然难以实现彻底处理且经济成本居高不下，因此发展新型实用的水处理技术具有重要的社会意义和经济价值。

近年来，以产生自由基为主体的高级氧化技术得到了较快发展，如湿式空气氧化法、过氧化氢氧化法、臭氧氧化法和超临界水氧化法等。上述技术主要利用产生高活性自由基进攻大分子难降解有机物，与之反应并破坏其分子结构，使之转化为可生化降解的小分子有机物以及二氧化碳和水等无机物，从而达到去除污染物的目的。其中，催化湿式氧化借助于催化剂的作用，可以实现有机污染物的高效氧化降解，并且显著降低反应的温度与压力，不仅大大降低了工艺能耗，也使得工业应用成为可能，为高浓度、难生物降解的有机废水提供了一种有效的新型处理技术。

造成水体污染的有机化合物中较难湿式氧化去除的是有机酸，其中又以乙酸的氧化难度最大。乙酸是众多大分子有机物湿式氧化过程中的主要中间产物，它的进一步氧化成为许多湿式氧化过程中的限制步骤。目前大多数研究均选取乙酸作为湿式氧化的模型反应物，用作催化剂制备、筛选和优化的探针。另外从理论上讲，通过乙酸催化湿式氧化筛选出的催化剂对其它有机物的催化湿式氧化具有一定的普遍性，也为实际有机废水处理提供了一定的研究基础。催化剂是催化湿式氧化技术的核心，常见的湿式氧化催化剂包括贵金属类催化剂和过渡金属氧化物催化剂。但是前者研制成本较高，而后者活性组分溶出问题，严重导致催化剂活性下降并对出水造成二次污染，这些因素限制了现有催化剂在废水处理领域的大规模实际应用。因此，针对水体中乙酸污染物研制新型高效、稳定廉价的湿式氧化催化剂具有重要意义。

通过查阅相关资料，目前催化湿式氧化水处理技术存在的问题与不足主要体现在如下几个方面：

(1)对有机物浓度较高、生物降解性差的工业废水难以实现彻底催化氧化处理，其中乙酸的进一步氧化通常为限制步骤，且转化率较低(一般低于60％)；

(2)严重依赖高温、高压及必须的液相条件，相应地要求反应设备材料耐高温、耐高压和耐腐蚀，工艺流程复杂导致技术成本居高不下；

(3)均相催化湿式氧化过程中由于催化剂和废水完全混合，催化剂的溶出现象比较严重，为防止二次污染必需进行后续处理回收流失催化剂；

(4)非均相催化湿式氧化过程，贵金属催化剂的负载量偏高导致成本增加，而非贵金属催化剂的活性和稳定性离实际应用仍然存在较大差距；

(5)以乙酸作为探针分子的催化氧化工艺报道较少，多数研究提供的催化剂及工艺条件对乙酸氧化反应的低温活性较低。