一种活性炭负载CeO2-x催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种活性炭负载CeO2‑x催化剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将活性炭洗涤、干燥后，在惰性气体氛围下焙烧，冷却至室温备用；(2)将焙烧冷却后的活性炭浸渍于CeO2‑x前驱体溶液中；所述CeO2‑x前驱体溶液浓度为0.5～10g·L

A CeO 2-x Catalyst Supported on Activated Carbon and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭负载CeO2-x催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及废水处理领域，尤其涉及一种活性炭负载CeO2-x催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工农业生产的发展，越来越多的有机化合物被广泛地应用于人类的生产和生活中，伴随而来的是含有大量难生物降解的有机污染物的废水也日益增多。这类废水普遍具有污染浓度高、毒性大、可生化性差等特点，具有明显的致癌、致畸、致突变“三致”作用，严重威胁着人类的健康。因此，如何有效处理这类难降解废水是近年来国内外水处理工作中的一个难点和研究热点，开发新型、经济有效的难降解废水处理技术对于保护水环境和人类健康具有重要意义。在实际工业化污水处理应用中，均相催化剂难以回收重复利用，且可能造成污泥增多、二次污染等问题，而粉末催化剂在使用过程中易流失且也不易回收。为了固定活性组分，防止催化剂流失，通常根据催化剂的物化性质，选择合适孔结构和表面积的载体，将具有催化活性的组分固定到载体上构成负载型催化剂。负载型催化剂可节省催化剂活性组分的用量，降低催化剂的成本，同时可采用多组分同时负载，或利用载体的某些性能(如酸碱中心、电子迁移、配位结构的导向)以提升活性成分的催化性能。因此，非均相催化臭氧化技术获得许多研究者的青睐。常见的非均相臭氧化催化剂有金属氧化物、活性碳负载型催化剂、分子筛、活性炭、石墨烯负载型催化剂等。活性炭具有发达的孔道和大的比表面积，性质稳定，耐酸耐碱，是目前使用最广的催化剂载体。催化臭氧化技术是新发展起来的一种水处理方法，它在常温常压下能够有效的降解那些难以被臭氧直接氧化的有机物。其中H2O2/O3体系(过臭氧化)利用去质子化的H2O2与臭氧的反应，促进臭氧分解产生羟基自由基。该方法简单、易操作、在实际污水处理中已经有较多的应用(例如文献：H2O2/O3体系处理反渗透浓缩垃圾渗滤液，化工进展，2011年第30卷第11期；O3、H2O2/O3及UV/O3在焦化废水深度处理中的应用，环境工程学报，2009年3月第3卷第3期)。但是过臭氧化体系的氧化效率受反应体系的pH影响较大，在酸性条件下H2O2的去质子化效率下降，导致过臭氧化对于酸性废水的处理效率不足。然而，大部分工业废水呈酸性或强酸性，在采用H2O2/O3体系进行处理时需提前采用大量碱将工业废水调节至中碱性，一方面增加处理工序，另一方面需要消耗大量碱，提高工业废水处理成本。因此，急需一种可以将H2O2/O3体系适用pH拓宽至酸性条件的催化剂。
技术实现思路
本专利技术提供了一种活性炭负载CeO2-x催化剂及其制备方法，该催化剂可有效拓宽H2O2/O3体系的使用pH值范围，使得H2O2/O3体系在酸性条件下也具有较好的降解效果。具体技术方案如下：一种活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将活性炭洗涤、干燥后，在惰性气体氛围下焙烧，冷却至室温备用；(2)将焙烧冷却后的活性炭浸渍于CeO2-x前驱体溶液中；所述CeO2-x前驱体溶液浓度为0.5～10g·L-1；活性炭与CeO2-x前驱体溶液的质量体积比为1g∶1～5mL；(3)将浸渍后的活性炭干燥后，在惰性气体氛围下400～600℃焙烧，冷却，即得。CeO2-x中，x为0～0.5。通过X射线衍射分析，制得的活性炭负载CeO2-x催化剂中，Ce元素具有三种晶相：第一种晶相为CeO2，其为空间群Fm-3m的莹石结构，在28.542°、33.075°、47.475°、56.332°、59.078°、69.401°、76.685°、79.060°、88.410°处的衍射峰分别归属(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(400)、(331)、(420)、(422)晶面；第二种晶相为CeO2-x，属于立方晶系，其空间群结构为Ia3，在26.26°、43.91°、55.66°处的X射线衍射峰分别属于(222)、(044)、(844)晶面；第三种晶相为四方晶系，空间群结构为14/mmm，在35.892°、37.137°、43.849°、58.806°、63.785°、66.176°、75.656°、79.157°处的衍射峰分别属于(101)、(002)、(110)、(112)、(200)、(103)、(211)、(004)晶面。优选的，步骤(1)中，所述的洗涤包括：将活性炭用蒸馏水超声洗涤后再用30％乙醇超声洗涤。优选的，步骤(1)中，对活性炭的焙烧温度为400～600℃，焙烧时间为1～5h。在此条件下对活性炭进行焙烧，可有效去除活性炭表面的有机物，有利于后续活性成分的负载。优选的，所述的CeO2-x前驱体溶液为含有铈离子的溶液；进一步地，所述的CeO2-x前驱体溶液为硝酸亚铈、氯化铈、硫酸铈等溶液。活性炭负载CeO2-x催化剂的催化活性随着浸渍溶液浓度的增加而提升，但是过量负载对活性炭负载CeO2-x催化剂的催化活性提升不明显。进一步优选的，所述CeO2-x前驱体溶液浓度为1～3.5g·L-1；活性炭与CeO2-x前驱体溶液的质量体积比为1g∶1～5mL。优选的，步骤(3)中，焙烧时，升温速率为1～5℃·min-1；升温到400～600℃后恒温焙烧1～5h。该焙烧条件可以保证制得的活性炭负载CeO2-x催化剂中，Ce元素以三种不同的晶相存在，并且三种不同晶相保持合适的比例，以适当活性炭负载CeO2-x催化剂具有较佳的催化性能。所述制备方法制得的活性炭负载CeO2-x催化剂可有效拓宽H2O2/O3体系的使用pH值范围，使得H2O2/O3体系在酸性条件下也具有较好的降解效果。一种活性炭负载CeO2-x催化剂在催化H2O2/O3体系处理酸性废水中的应用，包括：向酸性废水中投加所述的活性炭负载CeO2-x催化剂和H2O2，持续通入臭氧进行处理；所述酸性废水的初始pH为1～7。H2O2/O3体系(过臭氧化)利用去质子化的H2O2与臭氧的反应，促进臭氧分解产生羟基自由基。但是过臭氧化体系的氧化效率受反应体系的pH影响较大，在酸性条件下H2O2的去质子化效率下降，导致过臭氧化对于酸性废水的处理效率不足。而本专利技术的活性炭负载CeO2-x催化剂由于活性炭载体与其特殊活性成分之间的协同作用，使得H2O2/O3体系在酸性条件下也具有较好的降解效果。优选的，所述酸性废水的初始pH为1～2.9。在强酸性条件下，活性炭负载CeO2-x催化剂催化H2O2/O3体系的氧化效果依然较好。所述的酸性废水为乙酸废水。乙酸是一种化学氧化法的最终产物，它与臭氧的反应活性很低，普通氧化剂很难去除，因此大多数有机污染物经化学氧化法处理后其COD并不能被彻底去除。本专利技术以乙酸废水作为处理对象，活性炭负载CeO2-x催化剂催化H2O2/O3体系对乙酸废水具有较好的降解效果，表面活性炭负载CeO2-x催化剂催化H2O2/O3体系可用于有机污染物的深度处理。优选的，所述的酸性废水中，活性炭负载CeO2-x催化剂的浓度为1～10g·L-1；进一步优选为2～8g·L-1。活性炭负载CeO2-x催化剂/H2O2/O3体系的氧化效率随着催化剂的投加量增加而升高，在催化剂投加量为8g·L-1时，活性炭负载CeO2-x催化剂/H2O2/O3体系中自由基产生较快，部分H2O2被无效消耗。优选的，所述的酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭负载CeO2‑x催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将活性炭洗涤、干燥后，在惰性气体氛围下焙烧，冷却至室温备用；(2)将焙烧冷却后的活性炭浸渍于CeO2‑x前驱体溶液中；所述CeO2‑x前驱体溶液浓度为0.5～10g·L

【技术特征摘要】
1.一种活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将活性炭洗涤、干燥后，在惰性气体氛围下焙烧，冷却至室温备用；(2)将焙烧冷却后的活性炭浸渍于CeO2-x前驱体溶液中；所述CeO2-x前驱体溶液浓度为0.5～10g·L-1；活性炭与CeO2-x前驱体溶液的质量体积比为1g∶1～5mL；(3)将浸渍后的活性炭干燥后，在惰性气体氛围下400～600℃焙烧，冷却，即得。2.根据权利要求1所述的活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的洗涤包括：将活性炭用蒸馏水超声洗涤后再用30％乙醇超声洗涤。3.根据权利要求1所述的活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，对活性炭的焙烧温度为400～600℃，焙烧时间为1～5h。4.根据权利要求1所述的活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，其特征在于，所述的CeO2-x前驱体溶液为含铈离子的溶液。5.根据权利要求1或4所述的活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，其特征在于，所述CeO2-x前驱体溶液浓度为1～3.5g·L-1；活性炭与CeO2-x前驱体溶液的质量体积比为1g∶1～5mL。6.根据权利要求1所述的活性炭负载CeO2-x催化剂的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：童少平，丁亚磊，朱显跃，
申请(专利权)人：杭州诚洁环保有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33