一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法及采用该方法制备的臭氧催化氧化催化剂技术

本发明专利技术公开了一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法及依该方法制备的催化剂，所述制备方法包括以下步骤：将掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化预处理后制得成型活性炭载体；将所述成型活性炭载体充分且均匀吸收锌盐和铈盐的混合溶液后经干燥、微波处理、焙烧，制得负载多元复合金属氧化物的臭氧催化氧化催化剂。采用本发明专利技术的方法制备的催化剂催化活性高，活性组分和载体结合牢固，添加的石墨烯可以提供更多的大孔和丰富的孔径分布，同时能够强化成型活性炭载体与过渡金属氧化物的铆合，减少渗出，催化剂在长时间处理废水的情况下催化活性始终保持高稳定性，有机物去除率及催化剂有效使用寿命显著提高，制备工艺简易，原料广泛，成本合适，适宜工业化生产及应用。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法及采用该方法制备的臭氧催化氧化催化剂
本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法及采用该方法制备的臭氧催化氧化催化剂。
技术介绍
社会蓬勃发展的同时，环境污染问题越来越被人们所关注。其中生活污水及工业废水处理难题亟待解决，大量有毒有害的有机物存在于污水体系中，如果不对其进行处理或者处理不达标排放，将会导致生态环境持续恶化，进而降低人们的生活质量并最终危及人类的生存空间。目前针对水体有机污染物的有效去除成为水处理领域的热门研究方向。在水处理领域，臭氧本身具有很强的氧化性，能够与部分有机物反应，对污水起到消毒、除色、除臭等作用，但是臭氧发生成本较高并且单一的臭氧氧化技术在实际运用中存在着臭氧利用率低下、氧化能力有限、反应具有选择性等问题，有效充分地利用臭氧具有很强的现实意义。臭氧催化氧化技术是目前主流的高级氧化技术之一，可具体分为均相催化与非均相催化两大类，均相催化存在催化剂回收困难，易造成水体二次污染等问题，相比之下，非均相催化在实际工业化应用中更具优势。非均相催化由气-液-固三相体系组成，在催化剂存在的情况下，臭氧分解速度加快，产生数量更多、氧化能力更强的羟基自由基(·OH)，羟基自由基几乎无选择性，能够将绝大多数有机物最终矿化为CO2、H20等无害物质，此项技术具有环境友好、反应条件温和、反应体系安全可靠、易调控、反应过程高效快速且稳定等优势，在工业化应用上显现出广阔的前景。然而，各类催化剂在实际使用过程中存在以下问题：第一、催化剂催化活性低下无法满足需求，使用成本较高；第二、催化剂上负载的活性物质在水体中溶出量大，易造成水体二次污染；第三，催化剂活性物质的持续流失导致催化剂的催化效率及能力降低，催化剂有效使用寿命大大降低。因此，如何提升催化剂对臭氧的催化分解活性，进而提升污水处理效果，已成为臭氧催化氧化催化剂研究方向的重点和热点。
技术实现思路
为有效解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种催化活性高、污水处理效果好的多元金属氧化物负载型臭氧催化氧化催化剂及其制备方法。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：将掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化预处理后制得成型活性炭载体；将所述成型活性炭载体充分且均匀吸收锌盐和铈盐的混合溶液后经干燥、微波处理、焙烧，制得负载多元复合金属氧化物的臭氧催化氧化催化剂。优选地，所述掺杂石墨烯的成型活性炭中石墨烯的质量分数为0.1-1％。优选地，所述酸性氧化预处理包括：使用硝酸钾和硝酸混合溶液对所述掺杂石墨烯的成型活性炭进行预处理；所述硝酸钾和硝酸混合溶液中硝酸钾的质量分数为0.1-2％，硝酸的质量分数为1-30％；所述预处理的时间为60-360min。优选地，所述将所述成型活性炭载体充分且均匀吸收锌盐和铈盐的混合溶液包括：将所述成型活性炭载体均匀浸渍于所述锌盐和铈盐的混合溶液中，所述浸渍为等体积浸渍或过量浸渍，浸渍时间大于6h。优选地，所述锌盐和铈盐的混合溶液中，锌离子与铈离子的摩尔比为(1-8)：2。优选地，所述锌盐选自锌的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、氢氧化盐、碱式碳酸盐中的一种或多种；所述铈盐选自铈的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、氢氧化盐、碱式碳酸盐中的一种或多种。优选地，所述干燥的温度为70-110℃。优选地，所述干燥的时间为2-8h。优选地，所述微波处理时的微波功率为200-1000W。优选地，所述微波处理的处理时间为1-30min。优选地，所述焙烧的温度为400-800℃。优选地，所述焙烧时的升温速率为2-6℃/min。优选地，所述焙烧的时间为3-6h。优选地，所述焙烧在惰性气氛下进行。优选地，所述掺杂石墨烯的成型活性炭呈圆柱状颗粒，直径为3-5mm，长度为0.5-2cm，其中活性炭选自煤质活性炭、木质活性炭、其他合成材料活性炭中的一种或多种。根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种臭氧催化氧化催化剂，所述臭氧催化氧化催化剂包括成型活性炭载体和活性组分；其中，所述成型活性炭载体占所述臭氧催化氧化催化剂的质量分数为90-99％；所述成型活性炭载体由掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化预处理后制得；所述活性组分包括氧化锌、二氧化铈和三氧化二铈，占所述臭氧催化氧化催化剂的质量分数为1-10％。所述臭氧催化氧化催化剂可采用上述臭氧催化氧化催化剂的制备方法制备获得。优选地，所述掺杂石墨烯的成型活性炭中石墨烯的质量分数为0.1-1％。优选地，所述酸性氧化预处理包括：使用硝酸钾和硝酸混合溶液对所述掺杂石墨烯的成型活性炭进行预处理；所述硝酸钾和硝酸混合溶液中硝酸钾的质量分数为0.1-2％，硝酸的质量分数为1-30％；所述预处理的时间为60-360min。优选地，所述氧化锌的前驱体选自锌的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、氢氧化盐、碱式碳酸盐中的一种或多种。优选地，所述二氧化铈和三氧化二铈的前驱体选自铈的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、氢氧化盐、碱式碳酸盐中的一种或多种。本专利技术的技术方案采用成型活性炭载体作为臭氧催化氧化催化剂的载体，成型活性炭载体由掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化预处理后制得，其中，活性炭具有多孔结构、比表面积大、吸附性能强等优点，在水处理各领域被广泛应用，其中圆柱状颗粒活性炭是一种常见的催化剂载体，微孔及介孔发达，其机械强度满足使用要求；石墨烯是一种强度极高、韧性很好的碳材料。掺杂有少量石墨烯的成型活性炭表现出更高的机械强度，石墨烯表面及边缘呈弱酸性的官能团能够增强金属氧化物与载体之间的相互作用，而且，掺杂石墨烯的成型活性炭经预处理后制得的成型活性炭载体表面含氧基团数量增加，亲水性提高，内部孔道结构得到改善，进一步提高了成型活性炭载体的吸附能力，且成型活性炭载体的整体机械强度进一步增大，而成型活性炭载体充分且均匀吸收锌盐和铈盐的混合溶液后进行微波处理，可以进一步打开成型活性炭载体内部闭塞的孔道，改善孔道结构，进一步提高了成型活性炭载体的吸附能力，同时利用微波处理快速和均匀的热效应，去除水等极性分子，达到干燥的目的；此外，颗粒活性炭在反应器中装卸方便，利于工业化生产及应用。除圆柱状颗粒活性炭的利用外，本专利技术的技术方案还引入多元金属氧化物作为臭氧催化氧化催化剂的活性组分。研究发现，过渡金属氧化物和稀土金属氧化物具有催化活性，能够快速分解臭氧产生大量的羟基自由基，大大提升污水处理质量和效率，提高臭氧利用率，在处理废水过程中，复合金属氧化物能够发挥协同作用，因此复合型金属氧化物往往表现出优于单一型金属氧化物的催化活性。采用本专利技术技术方案制备的臭氧催化氧化催化剂处理污水，CODcr去除率高达62％以上。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术实施例中由掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化后制得的成型活性炭载体表面含氧基团数量增加，亲水性提高，内部孔道结构得到改善，整体机械强度增大。(2)本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化预处理后制得成型活性炭载体；/n将所述成型活性炭载体充分且均匀吸收锌盐和铈盐的混合溶液后经干燥、微波处理、焙烧，制得负载多元复合金属氧化物的臭氧催化氧化催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种臭氧催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将掺杂石墨烯的成型活性炭经酸性氧化预处理后制得成型活性炭载体；
将所述成型活性炭载体充分且均匀吸收锌盐和铈盐的混合溶液后经干燥、微波处理、焙烧，制得负载多元复合金属氧化物的臭氧催化氧化催化剂。


2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于，所述掺杂石墨烯的成型活性炭中石墨烯的质量分数为0.1-1％。


3.根据权利要求1或2所述的臭氧催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸性氧化预处理包括：使用硝酸钾和硝酸混合溶液对所述掺杂石墨烯的成型活性炭进行预处理；
优选地，所述硝酸钾和硝酸混合溶液中硝酸钾的质量分数为0.1-2％，硝酸的质量分数为1-30％；
优选地，所述预处理的时间为60-360min。


4.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于，所述锌盐和铈盐的混合溶液中，锌离子与铈离子的摩尔比为(1-8)：2。


5.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于，所述锌盐选自锌的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、氢氧化盐、碱式碳酸盐中的一种或多种；所述铈盐选自铈的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、氢氧化盐、碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱吉钦，周栋波，易珊，孟启宇，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11