[发明专利]一种磁性负载臭氧催化剂及其制备方法和使用方法

权利要求书

1.一种磁性负载臭氧催化剂，用于催化臭氧降解水中有机物分子，其特征在于，所述磁性负载臭氧催化剂的组成成分包括Fe³⁺、Fe²⁺、金属离子M和活性炭载体；

所述金属离子M为Mn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ce²⁺、Zn²⁺、Mo²⁺和Ni²⁺中的至少两种；

所述磁性负载臭氧催化剂为微米级颗粒，比表面积为400～640m²/g；

所述磁性负载臭氧催化剂的催化活性位点位于所述活性炭载体的表面。

2.根据权利要求1所述的磁性负载臭氧催化剂，其特征在于，所述磁性负载臭氧催化剂的分子式为Y_xFe_3-xO₄/PAC，其中Y为金属离子M，x为Y/(Y+Fe²⁺)摩尔比。

3.根据权利要求2所述的磁性负载臭氧催化剂，其特征在于，所述磁性负载臭氧催化剂的分子式为Y_0.1Fe_2.9O₄/PAC，具有超顺磁性，饱和磁化强度为13.26emu/g，比表面积为620～640m²/g。

4.一种磁性负载臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至3任一项所述的磁性负载臭氧催化剂，所述制备方法包括以下步骤：

步骤S100：将三价铁盐和二价铁盐按照一定摩尔比溶解于水中，隔绝空气搅拌至充分溶解；

步骤S200：将金属盐M投加至所述步骤S100制备的溶液中，隔绝空气搅拌至充分溶解；

步骤S300：将粉末活性炭加入所述步骤S200制备的溶液中，隔绝空气搅拌均匀，形成黑色悬浊液，并隔绝空气静置浸渍6～24h；

步骤S400：将所述步骤S300浸渍后的悬浊液搅拌混合均匀，缓慢逐滴加至装有1～10mol/L碱溶液的容器中，隔绝空气搅拌20～60min，形成黑色悬浊液；

步骤S500：过滤所述步骤S400制得的悬浊液，将固形物在60～100℃条件下烘干2～4h；

步骤S600：在N₂保护下，在200～500℃条件下煅烧1～3h，获得磁性负载臭氧催化剂。

5.根据权利要求4所述的磁性负载臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述三价铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的任意一种；

所述二价铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁或硝酸亚铁中的任意一种；

所述金属盐M为锰盐、铜盐、锌盐、钴盐、镍盐、铈盐和钼盐中的至少两类盐。

6.根据权利要求4或5所述的磁性负载臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述三价铁盐和所述二价铁盐的摩尔比为2:0.5～1.0；

和/或，所述二价铁盐与所述金属盐M的摩尔比为1:0.1～1.0；

和/或，所述粉末活性炭与所述二价铁盐的摩尔比为80～160：1。

7.根据权利要求4所述的磁性负载臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述粉末活性炭的颗粒粒径为50～150μm，比表面积为600～1000m²/g。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的磁性负载臭氧催化剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤U100：将一定量的所述磁性负载臭氧催化剂投加入盛有工业废水的反应池中，机械搅拌，快速混合均匀；

步骤U200：将一定量的臭氧投加入所述反应池中，快速搅拌混合，进行催化氧化反应；

步骤U300：催化氧化反应后的工业废水进入磁分离装置，将所述磁性负载臭氧催化剂从所述工业废水中分离出来；

步骤U400：将所述步骤U300中分离的磁性负载臭氧催化剂从所述磁分离装置上卸载下来，并返回投加至所述反应池内循环使用。