CN105381797A - 用于污水处理的催化臭氧氧化的双稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化臭氧氧化降解废水有机物的催化剂，配置一定浓度的硝酸盐溶液或混合溶液，配置相同浓度的稀土硝酸盐溶液；量取不同体积比的硝酸盐溶液或混合溶液、两种稀土硝酸盐溶液相互混合均匀，称取活铝载体倒入混合溶液中密封，静置取出，常温下晾干；将干燥的前驱体放入马弗炉中在一定温度下煅烧，得到负载型含有稀土元素的催化剂；该发明制备的双稀土元素掺杂金属氧化物催化剂可以有效提高臭氧氧化效率，降低水中有机物含量，具有制备工艺简单，易放大，制备周期短等特点，适合大规模应用生产。

Description

用于污水处理的催化臭氧氧化的双稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备
技术领域
本发明涉及一种催化臭氧氧化降解废水有机物的催化剂，具体是将一种负载有双稀土元素的金属氧化物催化剂的活铝载体放入充满废水的反应装置，并通入一定流量的臭氧气体，在催化剂的催化作用下降解水中有机物。
背景技术
大规模废水中有毒且难以生物降解的化合物，需要用非生物降解处理技术去除，臭氧催化氧化法就是其中之一，其目的是将这些难降解的有害物质氧化成二氧化碳、水和无机物或至少也要氧化成无害的物质；然而难降解的污染物具有高化学稳定性，很难单独应用臭氧氧化技术将有机物彻底分解为CO2和H2O，达到一个较高的COD去除效果。多相催化臭氧氧化技术克服了单独臭氧氧化能力较低、有毒副产物生产的问题，是一种很有应用前景的高级氧化水处理技术，主要以负载在载体上的金属或金属氧化物为催化剂，且载体多以Al2O3为主，其具有反应条件好，催化污染小，催化剂寿命高，经济、使用方便等优点，得到很多科研人员的关注。Dong[AppliedCatalysisB:Environmental,2009,85(3):155-161.]发现MnO2纳米线具有高的催化活性，与单独臭氧催化相比，非均相催化臭氧氧化对苯酚的去除率提高两倍以上；Cooper和Burch[Waterresearch,1999,33(18):3695-3700.]研究发现Al2O3除了作为催化剂载体外，同样具有催化活性，能够提高草酸的分解效率；常用的催化剂负载制备方法有沉淀法、浸渍法、离子交换法等，Karpel[NewJournalofChemistry,2000,24(4):229-233.]发现不同制备方法制备的相同催化剂效果同样存在差别，通过浸渍法在载体表面沉积的金属钌比采用离子交换法制得的催化剂催化效果更佳，对丁二酸的降解效率更高；而且浸渍法的适用范围更广泛，可以制备不同组分的催化剂，主要为金属-负载型催化剂或金属氧化物-负载型催化剂，其基本操作过程为将载体浸泡在含有活性组分的可溶性化合物溶液中，一定时间后滤出过剩的溶液，再经干燥、焙烧和活化制得成品催化剂，该方法简单易行、高效。但往往单组分金属氧化物的催化效率较低，深度处理废水效果不佳。
发明内容
本发明的目的是：克服单独臭氧氧化能力较低、有毒副产物生产的问题，采用双稀土元素掺杂的金属氧化物催化剂催化臭氧氧化水中有机物，不仅能提高有机物的矿化效率，同时负载型催化剂可回收重复利用，具有工程应用前景。
本发明的反应装置简易结构如附图1所示。臭氧气体经进气管1通过多孔布气板均匀分布于反应柱中，臭氧气体与反应装置中废水6进行氧化反应，剩余臭氧气体经出气管2进入尾气吸收装置；其中3为进水口，4为出水口。
具体是将一种负载有双稀土元素的金属氧化物催化剂的活铝载体放入充满废水的反应装置，并通入一定流量的臭氧气体，在催化剂的催化作用下降解水中有机物。
一种用于深度污水处理的催化臭氧氧化的双稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配置一定浓度的硝酸盐溶液，配置相同浓度的稀土硝酸盐溶液；
（2）量取一定体积的硝酸盐溶液或硝酸锰/硝酸钴、硝酸锰/硝酸铁、硝酸锰/硝酸铜混合溶液、两种稀土硝酸盐溶液相互混合均匀，称取一定质量的活铝载体倒入混合溶液中密封，静置取出，常温下晾干；
（3）将干燥的前驱体放入马弗炉中在一定温度下煅烧，得到负载型含有稀土元素的催化剂；
（4）将催化剂装入反应装置内，并通过蠕动泵控制进出水量，在反应器内停留一段时间；通入臭氧气体，调节臭氧气体流量，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。
其特征在于，所述的一定浓度为0.3~2mol/L。
所述的硝酸盐溶液为硝酸钴、硝酸锰、硝酸镍、硝酸铁中的一种或硝酸锰/硝酸钴、硝酸锰/硝酸铁、硝酸锰/硝酸铜混合溶液中的一种。
所述的稀土硝酸盐溶液为硝酸镧、硝酸钇的一种或两种。
所述的载体活铝质量为50~100g。
所述的煅烧温度为300~500℃。
所述的水样停留时间为30~60min。
本发明采用负载有双稀土元素的金属氧化物催化剂的活铝作为催化剂催化臭氧氧化水中有机物，提高臭氧氧化效率，具有制备工艺简单，易放大，制备周期短等特点，适合大规模应用生产。
附图说明
图1为实施例1中反应装置简易结构示意图；
图2为实施例1中负载型催化剂的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。
实施例1：
分别配置1mol/L的硝酸锰、硝酸镧、硝酸钇溶液；量取90mL的硝酸锰溶液，5mL硝酸镧溶液，5mL硝酸钇溶液相互混合均匀，称取100g活铝载体倒入混合溶液中密封，静置6h取出，常温下晾干；将干燥的前驱体放入马弗炉中在350摄氏度下煅烧4h，得到负载型含有稀土元素的催化剂；将煅烧之后的催化剂装入反应装置内，并通过蠕动泵调节转速，控制进出水量，使得水样在反应器内停留30min；通入臭氧气体，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。结果表明：废液pH值为7~8，臭氧流量20g/h，催化剂投加量8g，反应时间30min，臭氧催化氧化对COD去除率达到68.52%。
实施例2：
分别配置1mol/L的硝酸锰、硝酸镧、硝酸铈溶液；量取90mL的硝酸锰溶液，5mL硝酸镧溶液，5mL硝酸铈溶液相互混合均匀，称取100g活铝载体倒入混合溶液中密封，静置6h取出，常温下晾干；将干燥的前驱体放入马弗炉中在350摄氏度下煅烧4h，得到负载型含有稀土元素的催化剂；将煅烧之后的催化剂装入反应装置内，并通过蠕动泵调节转速，控制进出水量，使得水样在反应器内停留30min；通入臭氧气体，调节臭氧气体流量200mL/min，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。结果表明：废液pH值为7~8，臭氧流量20g/h，催化剂投加量8g，反应时间30min，臭氧催化氧化对COD去除率达到50.23%。
实施例3：
分别配置1mol/L的硝酸锰、硝酸镧、硝酸钇溶液；量取95mL的硝酸锰溶液、3mL的硝酸钇溶液，2mL硝酸镧溶液，并相互混合均匀，称取100g活铝载体倒入混合溶液中密封，静置4h取出，常温下晾干；将干燥的前驱体放入马弗炉中在450摄氏度下煅烧4h，得到负载型含有稀土元素的催化剂；将煅烧之后的催化剂装入反应装置内，并通过调节蠕动泵转速，控制进出水量，使得水样在反应器内停留30min；通入臭氧气体，调节臭氧气体流量300mL/min，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。结果表明：废液pH值为7~8，臭氧流量20g/h，催化剂投加量8g，反应时间30min，臭氧催化氧化对COD去除率达到70.45%。
实施例4：
分别配置1mol/L的硝酸锰、硝酸铈、硝酸钇溶液；量取95mL的硝酸锰溶液、2.5mL的硝酸铈溶液，2.5mL硝酸钇溶液，并相互混合均匀，称取100g活铝载体倒入混合溶液中密封，静置4h取出，常温下晾干；将干燥的前驱体放入马弗炉中在450摄氏度下煅烧4h，得到负载型含有稀土元素的催化剂；将煅烧之后的催化剂装入反应装置内，并通过调节蠕动泵转速，控制进出水量，使得水样在反应器内停留30min；通入臭氧气体，调节臭氧气体流量300mL/min，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。结果表明：废液pH值为7~8，臭氧流量20g/h，催化剂投加量8g，反应时间30min，臭氧催化氧化对COD去除率达到60.16%。
实施例5：
分别配置1mol/L的硝酸锰、硝酸钴、硝酸铈、硝酸镧溶液；分别量取50mL的硝酸锰、40mL的硝酸钴、5mL的硝酸铈、5mL的硝酸镧溶液相互混合均匀，称取100g活铝载体倒入混合溶液中密封，静置6h取出，常温下晾干；将干燥的前驱体放入马弗炉中在350摄氏度下煅烧4h，得到负载型含有稀土元素的催化剂；将煅烧之后的催化剂装入反应装置内，并通过蠕动泵调节转速，控制进出水量，使得水样在反应器内停留30min；通入臭氧气体，调节臭氧气体流量200mL/min，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。结果表明：废液pH值为7~8，臭氧流量20g/h，催化剂投加量8g，反应时间30min，臭氧催化氧化对COD去除率达到73.59%。

Claims (7)

1.一种用于污水处理的催化臭氧氧化的双稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配置一定浓度的硝酸盐溶液，配置相同浓度的稀土硝酸盐溶液；
（2）量取一定体积的硝酸盐溶液或硝酸锰/硝酸钴、硝酸锰/硝酸铁、硝酸锰/硝酸铜混合溶液、两种稀土硝酸盐溶液相互混合均匀，称取一定质量的活铝载体倒入混合溶液中密封，静置取出，常温下晾干；
（3）将干燥的前驱体放入马弗炉中在一定温度下煅烧，得到负载型含有稀土元素的催化剂；
（4）将催化剂装入反应装置内，并通过蠕动泵控制进出水量，在反应器内停留一段时间；通入臭氧气体，调节臭氧气体流量，与有机物及催化剂充分接触，完成催化臭氧化反应。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的催化臭氧氧化的稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征在于，所述的一定浓度为0.3~2mol/L。
3.根据权利要求1所述的用于污水处理的催化臭氧氧化的稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征是，所述的硝酸盐溶液为硝酸钴、硝酸锰、硝酸镍、硝酸铁中的一种或硝酸锰/硝酸钴、硝酸锰/硝酸铁、硝酸锰/硝酸铜混合溶液中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于污水处理的催化臭氧氧化的稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征是，所述的稀土硝酸盐溶液为硝酸镧、硝酸钇的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的用于污水处理的催化臭氧氧化的稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征是，所述的载体活铝质量为50~100g。
6.根据权利要求1所述的用于污水处理的催化臭氧氧化的稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征是，所述的煅烧温度为300~500℃。
7.根据权利要求1所述的用于污水处理的催化臭氧氧化的稀土元素掺杂的负载型催化剂的制备，其特征是，所述的水样停留时间为30~60min。
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