CN101185884B - 一种催化臭氧氧化用催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种催化臭氧氧化用催化剂及其制备方法，它涉及一种催化剂及其制备方法。它解决现有技术催化剂只能去除单一目标污染物、去除率低、时间长、去除水体中嗅味污染物的剩余浓度高，及目前金属氧化物催化剂表面与污染物的强烈吸附作用导致催化活性显著下降的问题。催化臭氧氧化为热处理后的铝矾土，主要成分是γ-AlOOH和γ-Al2O3。制备方法是将天然铝矾土清洗干净后烘干，再放入马弗炉中保温，然后随炉冷却至室温取出。本发明催化臭氧氧化用催化剂能去除多种污染物，对水中产嗅味污染物去除率高、时间短、去除水体中嗅味污染物的剩余浓度低，解决了表面吸附导致其催化活性下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂及其制备方法。
背景技术
现今水环境污染不断加剧，地表水体富营养化也日趋严重，水中浮游生物蓝绿藻和放线菌等能产生多种可以致嗅的次生代谢产物，造成水体的异味现象。水体异味导致饮用水水质下降、水产品质量下降、水处理耗费增大及损害水体美学价值。而传统的常规饮用水处理工艺对湖泊水或水库水中嗅味问题的解决能力十分有限。
现有去除饮用水中嗅味的催化剂种类众多，但常集中在单一目标污染物的去除上，由于天然水体成分极其复杂，水中有机污染物的化学结构多种多样、污染物的物化特性以及去除效果也不尽相同，因此，选择单一目标污染物去除具有一定的局限性。采用单独臭氧化对2-甲基异莰醇和三-氯苯甲醚等嗅味物质的去除率较低，处理所需时间长，且去除水体中嗅味污染物的剩余浓度高于其自身的嗅阈值，处理后水体方还会诱发嗅味。水体中一些复杂结构的有机污染物，如2-甲氧基-3-异丙基吡嗪和2-甲氧基-3-异丁基吡嗪，采用单独臭氧氧化去除率低，分别仅为56.14±5％和82.03±5％。目前采用催化臭氧化的方法去除污染物，但水体中目标污染物与金属氧化物催化剂表面的强烈吸附作用导致其催化活性的显著下降，导致催化氧化除污染效率低。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术催化剂只能去除单一目标污染物、去除率低、时间长、去除水体中嗅味污染物的剩余浓度高，及目前金属氧化物催化剂表面与污染物的强烈吸附作用导致催化活性显著下降的问题，而提供一种催化臭氧氧化用催化剂及其制备方法。
本发明中催化臭氧氧化用催化剂为热处理后的铝矾土，主要成分是γ-AlOOH和γ-Al2O3。
本发明催化臭氧氧化用催化剂主要成分γ-AlOOH具有高表面羟基密度，γ-Al2O3具有高比表面积；催化剂中高表面羟基密度的γ-AlOOH占催化剂总质量的32％～36％，高比表面积的γ-Al2O3占催化剂总质量的54％～59％，余量为杂质。
制备催化臭氧氧化用催化剂按以下步骤实现：一、将天然铝矾土清洗干净后在68～72℃的温度下烘干30～35h；二、将烘干后的天然铝矾土放入马弗炉中，以8～12℃/min的速度升高到440～460℃保温4h，然后随炉冷却至室温取出，即得到催化臭氧氧化用催化剂。
本发明采用矿物质天然铝矾土为催化剂的原料，天然铝矾土在我国储量高，便于开采，较现有其他催化剂的制备原料的成本更为廉价；天然铝矾土的处理过程较为简单，便于操作，更适合工业应用；本发明的催化剂，具有双重的表面性质，催化剂的表面即存在富含高密度表面羟基形态的γ-AlOOH，又富含高比表面积的γ-Al2O3，两种性质不同的氧化物相结合，解决了水体中复杂污染物在催化剂表面吸附导致其催化活性下降的问题，同时双重的表面性质可以对有机物进行一定吸附，拉近氧化剂同有机污染的距离，达到提高催化活性的目的，不但可以去除典型的嗅味物质，还可以去除多种复杂结构的有机污染物，如2-甲氧基-3-异丙基吡嗪和2-甲氧基-3-异丁基吡嗪，去除率分别为93.65±5％和93.13±5％，显著的提高了降解能力；本发明催化剂具有极高的催化活性，可以促进臭氧在水中的分解反应产生强氧化能力的羟基自由基。
附图说明
图1是具体实施方式二中所得催化臭氧氧化用催化剂的XRD谱图，“□”表示γ-AlOOH的衍射峰，“△”表示γ-Al2O3的衍射峰；图2是具体实施方式八中嗅味物质去除率的曲线图，图2中代表具体实施方式八制备的催化臭氧氧化用催化剂去除三-氯苯甲醚曲线，○代表具体实施方式八制备的催化臭氧氧化用催化剂去除2-甲基异莰醇曲线，■代表CeO2催化臭氧氧化去除三-氯苯甲醚曲线，▲代表CeO2催化臭氧氧化去除2-甲基异莰醇曲线，△代表单独臭氧氧化去除三-氯苯甲醚曲线，□代表单独臭氧氧化去除2-甲基异莰醇曲线；图3是经过处理后水体中嗅味物质的剩余浓度图，图3中
代表具体实施方式八制备的催化臭氧氧化用催化剂去除三-氯苯甲醚的剩余浓度，○代表具体实施方式八制备的催化臭氧氧化用催化剂去除2-甲基异莰醇剩余浓度，■代表CeO2催化臭氧氧化去除三-氯苯甲醚剩余浓度，▲代表CeO2催化臭氧氧化去除2-甲基异莰醇剩余浓度，△代表单独臭氧氧化去除三-氯苯甲醚剩余浓度，□代表单独臭氧氧化去除2-甲基异莰醇剩余浓度，图3中
区域代表嗅阀值。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式催化臭氧氧化用催化剂为热处理后的铝矾土，主要成分是γ-AlOOH和γ-Al2O3。
具体实施方式二：本实施方式制备催化臭氧氧化用催化剂按以下步骤实现：一、将天然铝矾土清洗干净后在68～72℃的温度下烘干30～35h；二、将烘干后的天然铝矾土放入马弗炉中，以8～12℃/min的速度升高到440～460℃保温3～5h，然后随炉冷却至室温取出，即得到催化臭氧氧化用催化剂。
本实施方式中催化臭氧氧化用催化剂的XRD谱(图1)表明，主要成分是γ-AlOOH和γ-Al2O3。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中天然铝矾土为粉末状或块状形态。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中清洗是将粉末状天然铝矾土直接放入蒸馏水中，以200r/min速率磁力搅拌20min，静止40min，然后去除上层浑浊水溶液。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中清洗是将块状天然铝矾土直接将其放入蒸馏水中静止浸泡40min，然后去除上层浑浊水溶液。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中将天然铝矾土清洗干净后在70℃的温度下烘干32h。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤二中以10℃/min的速度升高到450℃保温4h。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式八：本实施方式制备催化臭氧氧化用催化剂按以下步骤实现：一、将天然铝矾土清洗干净后在70℃的温度下烘干32h；二、将烘干后的天然铝矾土放入马弗炉中，以10℃/min的速度升高到450℃保温4h，然后随炉冷却至室温取出，得催化臭氧氧化用催化剂。
催化臭氧氧化去除嗅味实验：向含100ng/L目标嗅味污染物2-甲基异莰醇和三-氯苯甲醚的水样中通入O3/O2混合气体，使水样中臭氧浓度为0.6mg/L，然后向反应器内投入热处理后的铝矾土催化剂使其在水样中浓度为200mg/L，磁力搅拌10min后检测其去除率和嗅味物质的剩余浓度；在相同条件下分别进行氧化铈催化臭氧氧化和单独臭氧氧化，10min后检测其去除率和嗅味物质的剩余浓度；实验结果如图2和图3所示，图2表明铝矾土催化臭氧氧化去除水中嗅味物质的去除率高；图3表明铝矾土催化臭氧氧化去除水中嗅味物质的剩余浓度低，短时间内达到嗅阀值以下，处理后水体不会再诱发嗅味。
Claims (6)
1.一种催化臭氧氧化用催化剂的制备方法，其特征在于它按以下步骤制备：一、将天然铝矾土清洗干净后在68～72℃的温度下烘干30～35h；二、将烘干后的天然铝矾土放入马弗炉中，以8～12℃/min的速度升高到440～460℃保温3～5h，然后随炉冷却至室温取出，即得到催化臭氧氧化用催化剂；所述催化臭氧氧化用催化剂为热处理后的铝矾土，主要成分是γ-AlOOH和γ-Al2O3；所述催化剂中高表面羟基密度的γ-AlOOH占催化剂总质量的32％～36％，高比表面积的γ-Al2O3占催化剂总质量的54％～59％，余量为杂质。
2.根据权利要求1所述的一种催化臭氧氧化用催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中天然铝矾土为粉末状或块状形态。
3.根据权利要求1所述的一种催化臭氧氧化用催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中清洗是将粉末状天然铝矾土直接放入蒸馏水中，以200r/min速率磁力搅拌20min，静止40min，然后去除上层浑浊水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种催化臭氧氧化用催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中清洗是将块状天然铝矾土直接将其放入蒸馏水中静止浸泡40min，然后去除上层浑浊水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种催化臭氧氧化用催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中将天然铝矾土清洗干净后在70℃的温度下烘干32h。
6.根据权利要求1所述的一种催化臭氧氧化用催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中以10℃/min的速度升高到450℃保温4h。
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