[发明专利]一种催化剂的原位制备、原位再生和催化臭氧氧化微量有机污染物的净水方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种催化剂的制备、使用与再生方法，特别是指，一种催化臭氧氧化微量有机污染物的净水方法。

背景技术：

以臭氧氧化为核心的水处理技术是在饮用水深度处理常用技术之一。一般来说，臭氧氧化包括臭氧直接氧化和间接氧化两种方式。臭氧直接氧化具有较强的选择性，较易进攻具有双键的有机物，其反应的速率常数在10⁰～10³M^-1·s^-1；臭氧直接氧化的主要问题是对有机物的矿化能力较弱，其最终氧化产物多为小分子有机酸，影响了出水水质。在一定反应条件下，臭氧能分解产生·OH，由于·OH与有机物的反应则没有选择性，且反应非常迅速，反应速率常数一般在10⁸～10¹⁰M^-1·s^-1之间，因此在臭氧氧化工艺的基础上，产生了一系列以强化臭氧分解产生·OH为目的的高级氧化技术，包括主要有UV/O₃、H₂O₂/O₃、UV/H₂O₂/O₃以及催化臭氧氧化等。由于催化臭氧氧化技术具有提高O₃利用率、强化·OH产生的优点，更是成为了近年来研究的热点。

催化臭氧氧化技术包括均相催化氧化技术和非均相催化氧化技术。均相催化臭氧氧化过程中通常以溶液的金属离子作为催化剂，催化臭氧强化·OH的产生，达到高效去除水中有机物的目的。这些均相催化剂主要是一些过渡金属离子：Mn²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ce³⁺、Ag⁺和Cr³⁺等。均相催化剂能够与目标污染物充分接触，具有活性高、反应速度快等优点。但在反应过程中金属离子易随着水流流走，造成催化剂的流失，影响催化效率；同时这些过渡金属离子很难从溶液中分离，若无后续处理，很难保障出水水质安全。

而相对均相催化剂而言，非均相催化剂以固态形式存在，具有易于固液分离、操作流程相对简单，催化剂不易流失等优点，非均相催化臭氧氧化技术在饮用水深度处理中成为了最具有应用前景的技术之一。催化臭氧氧化过程中常用催化剂仍然以过渡金属元素的氧化物为主，包括MnO₂、FeOOH、Fe₂O₃、Fe-Ce-O、TiO₂、Co₃O₄/Al₂O₃、CuO/Al₂O₃、TiO₂/Al₂O₃和MnO_x等。这些非均相催化剂通常以高温烧结的方式负载在蜂窝陶瓷等载体上、共沉淀吸附的方式附着在活性炭等多孔物质表面或以电化学沉积的方式沉积在电极表面。但是非均相催化臭氧氧化技术自身还存在不足：(1)负载后催化剂催化活性位点减少，催化活性降低；(2)长期使用过程中催化剂脱落，催化剂流失；(3)催化剂脱落或失活后无法原位再生，或再生方式操作复杂，再生成本昂贵；(4)催化剂中有害金属离子(Co²⁺、Ce³⁺、Ni⁺等)的溶出，造成水质的二次污染。这些缺陷限制了它在饮用水处理中的大规模应用。

发明内容：

本发明目的：

本发明针对饮用水中难降解有机污染物，提出一种高效、可行、易于在工程中应用的催化剂制备方法，以及该催化剂在饮用水深度净化中催化臭氧氧化的使用方法与再生方法。本发明涉及的催化剂中，负载基体采用机械强度良好、颗粒粒径适中的饮用水过滤材料(硅藻土、陶粒、石英砂等)，而催化活性组分采用铜锰复合金属氧化物。本发明涉及的催化剂具有优良的催化臭氧氧化过程的能力；该催化剂长期使用过程中活性组分中毒或流失之后，只需简单的再生操作即可恢复优良的催化能力。

本发明的技术方案：

(一)铜锰复合氧化物/负载基体催化剂的原位制备方法