【技术实现步骤摘要】
本申请涉及催化剂，更具体地说，它涉及一种羟基氧化铁催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、臭氧氧化技术在水处理领域的应用包括城市给水的杀菌消毒、工业废水的深度处理等。目前该技术在有机废水特别是难生物降解有机废水处理方面受到越来越多的重视。但由于其氧化选择性、臭氧利用率低，臭氧氧化技术的推广应用受到了严重限制。臭氧催化氧化技术是在传统单独臭氧系统内引入催化剂，提高系统中臭氧的氧化电势，加速比臭氧分子氧化能力更强的活性物种-羟基自由基的产生，达到快速去除有机污染物的目的。臭氧催化技术由于氧化降解有机物反应迅速、处理成本低廉，被认为在污水处理应用中最具应用潜力。
2、相关技术中，羟基氧化铁（feooh）作为一种重要的无机功能材料，因其独特的物理化学性质，如良好的吸附性能、较高的比表面积以及丰富的表面羟基，在催化领域展现出巨大的应用潜力。特别是在臭氧催化氧化技术中，羟基氧化铁不仅能有效促进臭氧分解产生羟基自由基，还能通过其表面的吸附作用，增强对有机污染物的捕捉和降解能力，从而显著提高臭氧的氧化效率和有机物的去除率。
3、然而，尽管羟基氧化铁催化剂在臭氧催化氧化技术中表现出色，但在实际应用过程中仍面临诸多挑战。一个关键的技术问题是废水中的悬浮物和胶体物质可能堵塞催化剂载体的孔隙结构。这些微小颗粒的附着和积累会减少催化剂的有效活性位点，阻碍臭氧分子与污染物分子的有效接触，从而降低催化剂的传质效率，从而严重削弱催化效果。
技术实现思路
1、为了增强羟基氧化铁催化剂的催化效果，
2、本申请提供的一种羟基氧化铁催化剂采用如下的技术方案：
3、一种羟基氧化铁催化剂，包括载体组分和催化组分；
4、所述载体组分包括如下重量份数的原料：
5、硅酸钙50-80份；
6、粉煤灰15-20份；
7、火山岩灰10-15份；
8、矿粉5-10份；
9、铝矾土5-10份；
10、珍珠岩粉5-10份；
11、二氧化钛溶胶10-20份；
12、聚四氟乙烯分散液10-20份；
13、所述催化组分包括如下重量份数的原料：
14、改性羟基氧化铁50-60份；
15、氧化铜10-20份；
16、二氧化锰10-20份；
17、改性羟基氧化铁通过稀土硝酸盐溶液对羟基氧化铁进行改性得到。
18、通过采用上述技术方案，在载体方面，硅酸钙具有良好的化学稳定性和一定的吸附性能，能为整个载体提供稳定的骨架结构，增强催化剂的机械强度，使其在废水处理的复杂环境中不易损坏。粉煤灰、火山岩灰、矿粉、铝矾土和珍珠岩粉等成分相互配合，形成了丰富多样的孔隙结构，既保证了足够的比表面积以负载催化组分，又为臭氧分子和污染物分子提供了良好的扩散通道。二氧化钛具有光催化性能，在光照条件下能产生具有强氧化性的自由基，可分解附着在载体孔隙内的有机物，防止孔隙堵塞。聚四氟乙烯具有优异的疏水性和抗污染性，能减少悬浮物和胶体物质在载体表面的附着，保持载体表面的清洁，确保臭氧分子和污染物分子能够顺利接触催化活性位点。
19、在催化组分方面，改性羟基氧化铁是核心。通过稀土硝酸盐溶液改性，提高了其表面氧空位浓度，增强了臭氧分解能力，能更高效地将臭氧转化为具有强氧化性的羟基自由基，加速污染物的分解。氧化铜和二氧化锰作为辅助催化组分，与改性羟基氧化铁协同作用，进一步提高了催化剂对不同类型污染物的处理能力，拓宽了催化剂的适用范围。综合来看，该催化剂的整体催化效果得到了显著增强，能够更有效地处理废水，提高废水处理效率和质量。
20、从微观层面分析，硅酸钙、粉煤灰等原料在混合成型和焙烧过程中，原子和分子之间发生相互作用，形成了具有一定晶体结构和孔隙结构的载体。这些孔隙的大小和分布决定了催化剂的比表面积和传质性能。二氧化钛在光照下，其价带上的电子被激发跃迁到导带，产生电子-空穴对。空穴具有强氧化性，能够与吸附在催化剂表面的水分子反应生成羟基自由基，这些羟基自由基可以将附着在表面和孔隙内的有机物氧化分解为小分子物质，从而防止有机物的积累。聚四氟乙烯的分子结构中含有大量的氟原子，氟原子的电负性很强，使得聚四氟乙烯表面具有极低的表面能。这种低表面能使得悬浮物和胶体物质难以在其表面附着，即使有少量物质附着，也很容易被水流冲走，从而保持了载体表面和孔隙的畅通。
21、改性羟基氧化铁中引入的稀土元素能够改变其晶体结构和电子状态，增加表面氧空位的数量。臭氧分子容易吸附在这些氧空位上，并发生分解反应生成羟基自由基。氧化铜和二氧化锰的存在可以调节催化剂表面的电子云密度，促进电子转移过程，提高催化反应的速率。
22、可选的，所述改性羟基氧化铁通过如下方法制备得到：
23、a、将稀土盐溶液与硝酸铁溶液混合，以300-500r/min的转速搅拌15-30min得到混合溶液；
24、b、向混合溶液中添加氢氧化钠溶液，同时以500-800r/min的转速搅拌，调节混合溶液的ph值为9-11，滴加速度控制在1-2ml/min，滴加完毕后再加入0.2-0.5mol三异丙醇铝，继续搅拌反应1-2h得到悬浊液；
25、c、将悬浊液在室温下静置陈化12-23h，然后离心分离得到沉淀物，对沉淀产物进行洗涤，将洗涤后的沉淀物放入恒温干燥箱中，在80-100℃下干燥12-24h，得到干燥的前驱体粉末，将干燥后的前驱体粉末放入马弗炉中，以2-5℃/min的升温速率升温至300-500℃，焙烧2-4h，得到改性羟基氧化铁。
26、通过采用上述技术方案，在混合溶液阶段，将稀土盐溶液与硝酸铁溶液以特定的转速搅拌混合，确保了稀土元素能够均匀地分散在溶液中。这为后续稀土元素与铁元素的充分结合奠定了基础。在沉淀反应过程中，严格控制搅拌速度、ph值、滴加速度和反应时间，使得稀土元素能够准确地掺杂到羟基氧化铁的晶体结构中。三异丙醇铝的加入是一个关键步骤，它能够促进稀土金属离子在羟基氧化铁上的沉积和吸附，增加稀土元素的负载量，从而显著提高改性羟基氧化铁的催化活性。三异丙醇铝在溶液中能够水解产生氢氧化铝胶体，这种胶体具有较大的比表面积和吸附性能，能够吸附稀土金属离子，并将其携带到羟基氧化铁的表面。在后续的反应过程中，稀土金属离子逐渐与羟基氧化铁结合，形成稳定的结构。陈化过程使得沉淀物的颗粒进一步长大和均匀化，提高了晶体的完整性和稳定性。离心分离、洗涤、干燥和焙烧等后续处理步骤，去除了杂质和水分，使改性羟基氧化铁具有合适的晶体结构和表面性质。经过这样制备的改性羟基氧化铁，其表面氧空位浓度大幅提高，能够更高效地分解臭氧，产生更多的羟基自由基，从而增强了对污染物的氧化分解能力。与未改性的羟基氧化铁相比，其催化效率和稳定性都有了显著提升，能够在更复杂的废水处理环境中保持良好的性能。
27、可选的，所述稀土盐溶液的浓度为0.1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于，包括载体组分和催化组分；
2.根据权利要求1所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述改性羟基氧化铁通过如下方法制备得到：
3.根据权利要求2所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述稀土盐溶液的浓度为0.1-0.5mol/L；所述稀土盐溶液包括硝酸铈、硝酸镧、硝酸镨中任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述硝酸铁的浓度为0.2-0.8mol/L。
5.根据权利要求2所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述稀土盐溶液与硝酸铁溶液混合的体积比为1：3。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的羟基氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：
7.根据权利要求6所述的一种羟基氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于：S1中所述干燥的温度为80-120℃，干燥时间为2-6h；所述焙烧的温度为400-600℃，焙烧时间为2-4h。
8.根据权利要求6所述的一种羟基氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于：S3中所述催化组分浆料的固含
9.根据权利要求6所述的一种羟基氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于：S4中所述浸渍或喷涂的次数为1-3次，每次浸渍或喷涂后均在80-120℃下干燥1-3h，最后在300-500℃下焙烧2-4h。
...【技术特征摘要】
1.一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于，包括载体组分和催化组分；
2.根据权利要求1所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述改性羟基氧化铁通过如下方法制备得到：
3.根据权利要求2所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述稀土盐溶液的浓度为0.1-0.5mol/l；所述稀土盐溶液包括硝酸铈、硝酸镧、硝酸镨中任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述硝酸铁的浓度为0.2-0.8mol/l。
5.根据权利要求2所述的一种羟基氧化铁催化剂，其特征在于：所述稀土盐溶液与硝酸铁溶液混合的体积比为1：3。
6.一种根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王祥，赵倩，李一龙，王伟东，刘小军，
申请(专利权)人：西安聚光环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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