[发明专利]一种用于废水处理的高效氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于废水处理的高效氧化催化剂，包括载体和负载在所述载体上的活性组分；所述载体为氮掺杂多孔碳材料，所述活性组分为钴掺杂的纳米氧化钛材料，所述氮掺杂多孔碳材料是以魔芋粉为碳源，以1,10‑菲咯啉为氮源形成的具有3D互连分层多孔结构的材料。本发明还公开了该高效氧化催化剂的制备方法。本发明制得的氧化催化剂比表面积大，催化活性高，结合臭氧氧化技术可有效除去废水中的有机污染物。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种用于废水处理的高效氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着焦化、制药、石化、印染、化工等行业的迅猛发展，含有各种难降解有机物的废水引发的生态问题越来越严重。所谓“难降解”是指这类废水的可生化性较低(BOD/COD≤0.3)，难以生物降解，其中大部分含有多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机农药等有毒并且难降解的有机污染物[1]，具有成分复杂，毒性大等特点，而这类废水由于缺乏高效低成本的处理技术，大量难降解有机物排入水体，已造成严重的环境污染。

难降解有机废水主要处理方法可分为三类，物理法、生物法、化学法。物理法主要用于生物法处理前的预处理，资源化分离或处理后的深度处理工艺中，主要是对废水中的悬浮物以及有价物质进行分离回收，进一步为化学过程或者生物过程做基础。最常用的物理方法包括吸附法和膜分离法。生物法是通过微生物的水解，氧化，还原等新陈代谢活动将水中有机物转化为无机物的方法，主要分为好氧法和厌氧法等。臭氧氧化法具有不受废水色度、废水胶体物质的影响，同时也不会产生大量的二次污染物等优势，且对难降解有机物具有较好的降解与矿化能力，可作为很好的彻底矿化难降解有机物和难降解废水生化处理的预处理手段。因此，先进实用的臭氧高级氧化技术在难降解化工废水等领域具有广阔的应用前景。

臭氧氧化技术是一种有效的氧化过程，广泛的应用于水与废水的处理中，在实际应用中催化臭氧氧化技术应用最为广泛。催化臭氧氧化技术主要是往液相中投加固体催化剂催化液相中臭氧分解，加快反应速率，产生羟基自由基。故在催化臭氧氧化技术处理废水中催化剂的性能尤为关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种用于废水处理的高效氧化催化剂及其制备方法，该催化剂比表面积大，催化活性高，用于废水处理时效率高，对水体无二次污染。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于废水处理的高效氧化催化剂，包括载体和负载在所述载体上的活性组分；所述载体为氮掺杂多孔碳材料，所述活性组分为钴掺杂的纳米氧化钛材料，所述氮掺杂多孔碳材料是以魔芋粉为碳源，以1,10-菲咯啉为氮源形成的具有3D互连分层多孔结构的材料。

为更好的解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于废水处理的高效氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将魔芋粉和去离子水混合搅拌均匀，然后加入1,10-菲咯啉，搅拌混合，缓慢加入氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续搅拌处理30min，制得水凝胶，将水凝胶洗涤至中性，然后冷冻干燥处理，制得干凝胶，最后将干凝胶在马弗炉内进行煅烧，之后研磨处理，制得氮掺杂多孔碳材料；

(2)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中混合均匀，然后加入硝酸钴，搅拌均匀后，继续加入上述制得的氮掺杂多孔碳材料，缓慢滴加氨水溶液调节溶液的pH为9，然后陈化处理20-25h，之后过滤，干燥，将干燥后的固体研磨后置于马弗炉内煅烧处理，制得高效氧化催化剂。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L，其滴加速度为0.55-1.05ml/min。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述魔芋粉、去离子水、1,10-菲咯啉、氢氧化钠溶液的用量比为(1-2)g：100ml：(0.2-0.5)g：(5-10)ml。