CN103100387A - 介孔氧化铝负载磁性四氧化三铁纳米材料在催化臭氧化中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种用于多相催化臭氧氧化的介孔氧化铝负载磁性四氧化三铁纳米材料的研制方法。将一定量的Fe(NO3)3·9H2O溶解在少量去离子水中，向其中加入一定量介孔氧化铝载体，浸渍2小时，然后100℃干燥，空气气氛下400-500℃焙烧3-6小时得到Fe2O3/Al2O3。将所得Fe2O3/Al2O3在H2气氛下250-350℃还原2-4小时得到Fe3O4/Al2O3，其中，Fe3O4质量含量为10-50wt％。与单独臭氧氧化相比，该催化剂显示了很高的臭氧催化活性，且此催化剂具有很好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于多相催化臭氧化的磁性催化剂的研制方法，具体地说涉及一种介孔氧化铝负载磁性四氧化三铁催化剂的制备方法及其催化臭氧化研究。
背景技术
臭氧由于其强氧化性和消毒能力，近年来在水处理领域得到了广泛的应用。但是臭氧在水中的溶解度较低且容易分解、利用效率较低、运行成本高，这在一定程度上限制了其发展。虽然臭氧能氧化水中许多难降解有机物，但与有机物的反应选择性差，且不易将有机物彻底分解为CO2和H2O，其产物常常为难以矿化的小分子羧酸类有机物，并且中间产物的毒性有可能更强。因此，需要采用催化的方法来强化臭氧氧化单元的氧化能力。
多相催化臭氧化技术是近年来发展起来的一种具有较强竞争力的新型高级氧化技术，它可以在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化的有机物氧化，在难降解废水的处理中显示出了极大的优越性，并有望成为一种很有应用价值的水处理技术。
目前，多相催化臭氧化工艺中所用的催化剂主要是金属氧化物(MnO2、FeOOH、Al2O3等)和负载在载体上的金属或金属氧化物(Cu/Al2O3、Ru/CeO2、MnO2/Al2O3和Co3O4/Al2O3等)，其催化活性取决于催化剂的粒径和形态，催化剂的粒径越小其活性越好。这些催化剂一般在酸性条件下具有较好的催化效果，但金属溶出现象严重，而在中性条件下往往效果不佳。此外，上述催化剂多为粉体，在实际操作中存在着固液分离的问题，催化剂回收利用较为困难。
而磁性分离是一种有效的固液分离方法。利用材料的磁性，易于实现固液分离和材料回收利用。近年来，磁性材料在解决环境问题中得到相当的重视。目前其在水处理技术中主要用于对各种有机和无机污染物的吸附。
发明内容
本发明的目的在于制备一种具有磁性的、高活性和稳定性的多相催化臭氧化 催化剂。
为实现上述目的，本发明以硝酸铁为前体，介孔氧化铝为载体，通过浸渍、干燥、焙烧和还原合成了具有磁性的Fe3O4/Al2O3。
同单独臭氧化相比，该催化剂显示了很高的催化活性，在反应时间为20min时可以将水中20mg/L2，4-二氯苯氧乙酸基本完全矿化，而且此催化剂具有较高的化学稳定性，在反应后的水溶液中没有检测到金属离子，很有希望应用于实际水处理领域。
附图说明：
图1为本发明所制备的Fe3O4/Al2O3催化臭氧氧化降解有机污染物TOC随时间的变化曲线图。
具体实施方式：
通过下面给出的实施例和应用例，可以看出本发明的技术特征和优点。
具体实施方式一：Fe3O4/Al2O3催化剂的制备
将一定量的Fe(NO3)3·9H2O溶解在少量去离子水中，向其中加入一定量介孔氧化铝载体，浸渍2小时，然后100℃干燥，空气气氛下400-500℃焙烧3-6小时得到Fe2O3/Al2O3。将所得Fe2O3/Al2O3在H2气氛下250-350℃还原2-4小时得到Fe3O4/Al2O3，其中，Fe3O4质量含量为10-50wt％。
具体实施方式二：Fe3O4/Al2O3催化剂的催化臭氧化活性
在1L柱状鼓泡式半连续反应器中，以2，4-二氯苯氧乙酸为目标污染物来评价本发明所述的Fe3O4/Al2O3的催化臭氧氧化活性。反应温度为25℃，pH＝6，臭氧氧气混合气体的气体流量为0.2L/min，气体中臭氧浓度为30mg/L，催化剂投加量为1g/L。
图1给出了pH＝6，2，4-二氯苯氧乙酸初始浓度为20mg/L时，Fe3O4/Al2O3对2，4-二氯苯氧乙酸TOC的去除随时间的变化情况。由图可知，在pH＝6时，单独臭氧氧化对2，4-二氯苯氧乙酸的去除效果并不明显(20分钟内TOC的去除率为32％)，加入Fe3O4催化剂后20分钟时TOC去除率达到60％，而加入Fe3O4/Al2O3催化剂在相同条件下可以将TOC基本完全去除。
结果表明，本发明制备的Fe3O4/Al2O3催化剂具有较高的催化活性和化学稳定性，不易在水溶液中释放出金属离子，并且制备成本较低，易于固液分离和回 收利用，操作起来简单，可以应用于实际水体的处理。
Claims (5)
1.一种高效催化臭氧氧化催化剂Fe3O4/Al2O3的制备方法，其主要步骤为：将一定量的Fe(NO3)3·9H2O溶解在少量去离子水中，向其中加入一定量介孔氧化铝载体，浸渍2小时，然后100℃干燥，空气气氛下400-500℃焙烧3-6小时得到Fe2O3/Al2O3。将所得Fe2O3/Al2O3在H2气氛下250-350℃还原2-4小时得到Fe3O4/Al2O3，其中，Fe3O4质量含量为10-50wt％。与单独臭氧氧化相比，该催化剂显示了很高的臭氧催化活性，且此催化剂具有很好的稳定性。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于以硝酸铁为前驱体，介孔氧化铝为载体。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于负载铁的氧化铝在400-500℃下焙烧3-6小时制得Fe2O3/Al2O3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于Fe2O3/Al2O3在氢气气氛下250-350℃还原2-4小时得到Fe3O4/Al2O3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于Fe3O4/Al2O3催化剂中Fe3O4的质量含量为10-50wt％。
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