铜镧共修饰的铝基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法，解决了芬顿催化剂存在的适用的pH条件窄、产生大量铁泥、催化效率较低的问题。本发明专利技术包括以下步骤：1)将Cu源与La源混合，加入拟薄水铝石分散液中得到蓝色前驱体；2)向蓝色前驱体溶液中逐滴加入碱溶液，维持pH8.5

【技术实现步骤摘要】
铜镧共修饰的铝基催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及环境功能材料
，具体的说是一种铜镧共修饰的铝基催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]芬顿反应主要是依靠Fe
2+
催化H2O2来氧化裂解有机物，在理想条件下，Fe
2+
可通过自由基链式反应，产生强氧化性物种
·
OH和
·
O2‑
(方程1
‑
2)。芬顿反应本身速率较快，易于操作，成本较低，并且H2O2具有环境友好性，因此常作为一种高级氧化手段对难生化处理的工业废水进行预处理，以提高生化性。然而，芬顿技术的操作条件有限。只有在强酸性条件下(pH<3)，Fe
2+
才具备较强活性，一旦溶液的碱性增强，Fe
2+
极易沉淀最后转变为Fe(OH)3，使得反应失活。故而芬顿技术所适用的pH条件较苛刻。同时在反应过程中，也容易产生大量的铁泥，为后续的处理增加额外的成本。这些缺陷均限制了均相芬顿反应在实际工业废水处理中的应用效能。
[0003]Fe
2+
+H2O2→
Fe
3+
+
·
OH+OH
‑
ꢀꢀ
(1)
[0004][0005]类芬顿技术以非铁类过渡金属作为催化双氧水的活性位点，旨在替换Fe
2+
在芬顿反应中的角色，但最终目的均是在催化作用下促进H2O2的O
‑
O键发生断裂生成氧活性物种，进而氧化分解目标物质。
[0006]非均相的类芬顿催化剂可以提供充足的固液相界面的同时大幅度减少活性相的析出，有效提高双氧水利用效率，减少铁泥产生，降低运行成本。因此，非均相芬顿较均相类芬顿反应更具应用前景。
[0007]现有非均相的类芬顿催化剂通常是以Fe，Cu，Mn等过渡金属为活性组分，互相搭配混合，通过共沉淀方法或浸渍法制得而成，这一类的催化剂尽管在一定程度上可缓解均相芬顿铁泥产生量大的问题，但存在金属活性得不到充分发挥，双氧水利用率低从而导致催化效率不理想的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、易于制备、生产成本低的铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法。
[0009]本专利技术还提供一种上述制备方法制得的铜镧共修饰的铝基催化剂，具有催化效率高、稳定性好、pH适用范围广、铁泥产量小，特别适用于印染废水的处理。
[0010]本专利技术铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)将Cu源与La源混合，加入拟薄水铝石分散液中得到蓝色前驱体；
[0012]2)向蓝色前驱体溶液中逐滴加入碱溶液，维持pH 8.5
‑
10.5，持续搅拌反应，得到混合溶液；
[0013]3)所述混合溶液在陈化后所得沉淀物进行过滤、清洗、干燥、研磨、焙烧；
[0014]4)焙烧后的产物经研磨、成形后，得到颗粒状催化剂CL
‑
Al2O3。
[0015]所述步骤1)中，Cu源选自Cu(NO3)2、CuSO4、CuCl2中的至少一种；La源选自La2(SO4)3、La(NO3)3、LaCl3中的至少一种。
[0016]所述步骤1)中，Cu源的投加量是拟薄水铝石Al源的10％
‑
20％摩尔百分数，La源投加量是Cu源的5％
‑
50％摩尔百分数。
[0017]所述步骤1)中，所述拟薄水铝石分散液的浓度为0.2
‑
2mol/L。
[0018]所述步骤2)中，反应温度为40
‑
80℃。
[0019]所述步骤2)中，所述滴加的碱溶液为NaOH、KOH、或NH3·
H2O中的至少一种，控制碱溶液中OH
‑
浓度为0.5
‑
1mol/L，搅拌时间2h
‑
4h。
[0020]所述步骤3)中，陈化温度为50
‑
80℃，陈化时间12
‑
24h，干燥温度50
‑
80℃。
[0021]所述步骤3)中，焙烧温度为400
‑
800℃，焙烧时间2h
‑
4h。
[0022]本专利技术铜镧共修饰的铝基催化剂，由上述方法制得。
[0023]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术构建了一种La，Cu，共修饰的铝基催化剂，引入La(III)这样的过渡金属，可以作为Lewis酸以Lewis酸碱加合的方式与H2O2进行耦合，同时能引入氧空位，改善H2O2与催化剂的接触,加快电子传输效率，从而提升H2O2的利用率，进一步提升有机物的降解效率。通过Cu(I)在类芬顿过程中催化双氧水产生
·
OH以及La作为Lewis酸耦合双氧水产生
·
O2‑
共同促进有机物的降解。其中，La(III)以掺杂的方式进入CuO晶相中，可引入晶格缺陷，从而提升催化剂表面的活化能，有利于氧化还原过程中电子的传递和转移，能促进双氧水的氧化能力，提高污染物的降解效率Cu(II)/Cu(I)的氧化还原电势较低，比Fe(III)/Fe(II)更容易催化双氧水分解。而Cu基化合物在pH 3
‑
7较广范围内均可使H2O2有效分解产生氧活性物种，大幅度拓宽了pH适用范围；通过Cu与La的协同作用，以Al2O3为载体，构建高效的非均相芬顿反应催化剂，由于不涉及到铁的氧化物，可有效减少均相芬顿反应中铁泥大量产生的问题，降低危废处置成本，并且在pH 5
‑
7的条件下，该类芬顿体系对印染废水中的有机物COD降解效率均大于50％，离子溶出小于5％，在较广的pH范围内提升芬顿反应对有机物的降解效率，具备实际工业应用的意义。
[0024]在此基础上，优选Cu源的投加量是拟薄水铝石Al源的10％
‑
20％摩尔百分数，以保证Cu的氧化物能均匀分散在Al2O3表面，过多会导致活性物质团聚，减少活性位点的暴露，影响催化效率，过少会导致活性位点与有机物接触不充分；La源投加量是Cu源的5％
‑
50％摩尔百分数，以实现通过少量掺杂引入晶格缺陷，过多会导致La源覆盖在Cu活性位点上，抑制空位的生成，过少会影响活性组分与H2O2的接触，降低电子传输效率。
[0025]向蓝色前驱体溶液中逐滴加入碱溶液进行共沉淀反应，优选控制反应的pH 8.5
‑
10.5，过高会导致沉淀物团聚，过低会导致金属源沉淀不完全，反应温度为40
‑
80℃，过高或过低均会影响沉淀效率以及晶格空位的生成。
[0026]有益效果为：
[0027](1)本专利技术催化剂制备方法简单，易于操作，产率较高，便于工业大规模生产，且后续也方便造粒成型。
[0028](2)本专利技术方法所制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Cu源与La源混合，加入拟薄水铝石分散液中得到蓝色前驱体；2)向蓝色前驱体溶液中逐滴加入碱溶液，维持pH8.5
‑
10.5，持续搅拌反应，得到混合溶液；3)所述混合溶液在陈化后所得沉淀物进行过滤、清洗、干燥、研磨、焙烧；4)焙烧后的产物经研磨、成形后，得到颗粒状催化剂CL
‑
Al2O3。2.如权利要求1所述的铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，Cu源选自Cu(NO3)2、CuSO4、CuCl2中的至少一种；La源选自La2(SO4)3、La(NO3)3、LaCl3中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，Cu源的投加量是拟薄水铝石Al源的10％
‑
20％摩尔百分数，La源投加量是Cu源的5％
‑
50％摩尔百分数。4.如权利要求3所述的铜镧共修饰的铝基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述拟薄水铝石分散液的浓度为0.2
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏静，王灿，王志刚，张志国，张宗飞，卢文新，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：发明
国别省市：