[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

说明书

本发明提供了一种磁性负载臭氧催化剂及其制备方法和使用方法，包括：将三价铁盐和二价铁盐溶解于水中，隔绝空气搅拌溶解；投加金属盐M，隔绝空气搅拌溶解；加粉末活性炭，搅拌均匀，形成黑色悬浊液，并隔绝空气静置浸渍6～24h；浸渍后的悬浊液，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；过滤悬浊液，固形物在60～100℃烘干2～4h；在N₂保护下，200～500℃煅烧1～3h，获得磁性负载臭氧催化剂，可用于工业废水等的臭氧催化氧化处理。该磁性负载臭氧催化剂为微米级颗粒，比表面积大，催化活性位点分布于外表面，易与污染物和氧化剂接触催化，反应速度快，不存在孔隙堵塞和板结的问题，催化活性高；且具有磁性，便于回收利用。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种磁性负载臭氧催化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

工业废水成分复杂，水质和水量复杂多变，处理难度大、费用大，尤其是含有酚类、多环芳烃及杂环化合物等难降解工业废水，毒性高且易于在生物体内富集，严重危害人类健康和生态安全，一直是水处理行业中的“老大难”问题。而传统的物理、化学、生物法等组合的水处理工艺难以有效提质增效，必须采用综合防治措施方可使污水达标排放。高级催化氧化技术是生活污水和工业废水处理或回用的关键技术，具有很高的水处理应用价值，可用于城市生活污水、工业废水及江河湖泊的水质净化、提质增效和深度处理中水回用等。

臭氧催化氧化技术是一种十分有效的高级催化氧化技术，在难降解有机废水、市政废水及工业废水的深度处理中得到了广泛的应用。催化剂是臭氧催化氧化的核心，其中，非均相催化剂在臭氧催化氧化过程中能够克服传统均相催化剂难以回收再利用及适用pH范围较窄等缺陷，被普遍应用于臭氧催化氧化技术中。目前，市面上的非均相臭氧催化剂种类繁多、价格和催化性能不一，在实际工程项目上多采用固定填充床的形式，即将非均相催化剂固定于填充床内，利用过滤、吸附和氧化来截留、催化氧化有机污染物。目前的非均相臭氧催化剂一般为直径在2～6mm范围的分子筛球，该类分子筛球大部分催化剂活性位点分布于球体孔隙内，污染物和氧化剂需经过孔隙扩散后方可与催化剂活性位点结合，反应速度慢，反应时间较长，且存在孔隙易堵塞和板结的问题。此外，流化床形式，多采用颗粒小、密度轻的物质作为流化悬浮物进行催化，虽然与污染物和氧化剂的接触几率大，但存在小颗粒不便于回收和重复利用的问题。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种磁性负载臭氧催化剂及其制备方法和使用方法，以解决现有催化剂存在的反应时间较长，孔隙易堵塞、易板结，不利于回收重复利用等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

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，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。

在本申请的一种实施例中，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，PAC为粉末活性炭(Powdered activated carbon)。