[发明专利]一种用于催化臭氧氧化有机物的钴基复合催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于催化臭氧氧化有机物的钴基复合催化剂及其制备方法，属于催化剂材料制备技术领域，该钴基复合催化剂以膨润土和硅藻土作载体，以Co₃O₄作活性组分，包括以下步骤：1、清洗硅藻土和膨润土；2、向硅藻土和膨润土中加入造孔剂和粘结剂，搅拌均匀得到黏稠状载体；3、将黏稠状载体制备成球状，烘干，焙烧，硬化；4、配制钴盐溶液，将硬化后的载体置于该溶液中震荡，清洗，烘干，焙烧，得到负载Co₃O₄的硅藻土‑膨润土复合催化剂。将本发明中制备的钴基复合催化剂用于催化臭氧氧化有机物，同等反应条件下，与单独臭氧氧化体系相比，有机物的去除率均可提高30％以上，催化效果良好。

技术领域

本发明涉及催化剂材料制备技术领域，尤其涉及一种用于催化臭氧氧化有机物的钴基复合催化剂及其制备方法。

背景技术

近些年来我国工业向前飞速发展，但人们的环保意识却未能随着工业的发展而增强，导致大量工业废水被排放，各类水体被严重污染。工业废水中的有机废水一直是废水处理的重中之重，探寻一种高效降解有机废水的方法近年来一直是研究热点。

对氯苯甲酸是一类常见的有机化合物，被广泛应用于我们生活的各个方面，如有机合成的中间体、涂料工业、农业、医药等领域，导致其大量存在于各类有机废水中；对氯苯甲酸对人类的眼睛、皮肤等器官具有极强的刺激性并且极易在生物体内累积难以降解，且会在水环境中造成持续污染。苯酚通常在化工和石化行业中作为用来生产烷基酚和树脂的中间体，木材行业的蒸馏过程、造纸业的烘烤过程都会产生苯酚，农业中的苯酚主要来自杀虫剂和除草剂，土壤中的农药也会进入附近的水体，导致苯酚污染水源。生活废水和医疗废水中也含有苯酚，它们通常直接排入市政排水沟，很容易污染附近水体；苯酚有毒，人和动物暴露于9-25mg/L的苯酚中就会受到毒害；此外苯酚具有很强的反应性，可以与水体中的无机物和微生物相互作用，产生二次污染。左氧氟沙星做为喹诺酮类药物的一种，是生活中较常见的具有极佳的抗菌作用的抗生素，左氧氟沙星在人们生活中用途广泛，经人、家禽等动物粪便、尿液排除体外后汇集，此类含抗生素类药物的废水不经过专业处理，很难在环境中降解，最终在环境中大量蓄积影响生态平衡。由此可知，有机废水中存在有多种有害物质，因此探究出一种降解有机废水的高效可行的技术是十分必要的。

高级氧化技术作为较有发展前景的技术之一，具有处理速率快、降解效果好、适用范围广等特点。臭氧氧化技术在处理有机物方面研究较多，且技术很成熟，已经实际应用于消毒、除臭、水处理等方面。但单一臭氧氧化存在反应需要较高臭氧浓度、与有机物反应速率较慢、不能将有机物彻底矿化、高选择性等问题。因此必须寻求合适的催化剂对臭氧氧化效率进行提高。研究成果表明，贵金属、金属氧化物对催化臭氧氧化非常有效，其中贵金属催化效果最为显著，但是由于价格昂贵、不易再生，故在实际应用中受到限制。Gomes等人比较了用二氧化钛负载贵金属(Pd、Pt、Ag、Au)复合催化剂与二氧化钛载体的催化活性。实验结果表明单独载体臭氧氧化能够完全去除对羟基苯甲酸酯，但添加复合催化剂可以减少该结果所需的臭氧量，即使使用较低的催化剂负荷，贵金属(特别是Pt和Pd)也能真正增强臭氧对污染物的作用。目前金属氧化物催化剂因其氧化性能好、催化活性高、价格低等优势受到研究者们越来越多的关注，同时为了提高其催化性能，部分研究者尝试对过渡金属氧化物进行负载改性。Araújo等人采用离子交换法制备负载(Pd，Cu)的单金属和负载(Pd-Cu，Cu-Pd)的双金属沸石催化剂，采用不同的沸石结构：FAU(USY)和MFI(ZSM5)，实验结果证明了制备的金属沸石催化剂可以有效降解水中的水杨酸。Chen等人在120℃下，在一系列不同载体(Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、CeO₂和ZrO₂)的MnOx基催化剂上进行了氯苯的催化臭氧氧化实验。Mn/Al₂O₃表现出最高的氯苯转化效率，这是由于其O₂脱附、氧化还原能力均高于其他载体。