[发明专利]适用于催化氧化工艺的磁性催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及适用于催化氧化工艺的磁性催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

化工是国民经济的重要支柱产业，生产总值占工业总产值的20%以上。然而，化工行业又是个高物耗、重污染的行业。随着化学工业的不断发展，化工行业排放的难降解有机物的数量和种类急剧增加，如农药、医药、染料以及煤化工等复杂化工废水，不仅含有大量的难降解有机毒物，而且水质波动性大、可生化性差，处理难度极大，对水环境造成了严重的污染，甚至威胁了饮用水安全和人命生命健康。难降解化工废水已成为制约我国化学工业可持续发展的瓶颈。

目前主要的处理方法包括物理法、化学法和生物法等。常用的物理法为吸附法，该方法对组分单一、浓度较低并且有回收价值的体系比较有效，但是对复杂化工废水存在易吸收饱和、且再生难度大，运行成本昂贵，给企业带来沉重的经济负担；生物法是比较经济的处理手段，但是由于大部分化工废水成分十分复杂，且难降解、水质水量变化大的会对生物系统造成严重冲击，造成系统稳定性下降甚至瘫痪。化学法中添加氧化剂难降有机物有较好的效果，但是成本偏高；微电解技术相对比较经济，但是存在填料易板结、钝化、处理能力不理想。近年来的一些高级氧化技术，如湿式氧化、湿式催化氧化、光催化氧化等，有明显的处理效果，但是不管是何种催化氧化技术，其最核心问题是长寿命、高效率、不易流失的催化剂的制备和使用。因此，如何研发高效广谱的适用于催化氧化的催化剂成为化工废水处理领域的难点。

目前制备催化剂的方法主要有：沉淀法、凝胶法、浸渍法、离子交换法、热熔融法等。其中利用浸渍+热熔融法法制备的催化剂用率高、用量少、成本低，可灵活选用载体，为催化剂提供所需物理结构特性，且省去催化剂成型步骤，是一种简单易行而且经济的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种适用于催化氧化工艺的磁性催化剂。

本发明的另一个目的是提供上述催化剂的制备方法。

一种适用于催化氧化工艺的磁性催化剂，是将磁性过渡金属氧化物负载于掺杂碳化硅的载体上所得；所述的磁性过渡金属氧化物中金属物质为Fe₃O₄或MnFe₂O₄，所述的载体为硅藻土或活性白土中的一种。其中，掺杂碳化硅的载体中碳化硅的质量含量为1.5%～4.5%，优选1.9%～3.8%；磁性过渡金属氧化物与掺杂碳化硅的载体的质量比为(0.05～0.3):1，优选(0.083～0.272):1。

所述的掺杂碳化硅的载体是将载体清洗、烘干、用等离子体改性后与正硅酸乙酯和蔗糖按一定比例混合，采用溶胶‐凝胶法制备裂解前驱体，并在高温下煅烧，冷却后研磨，制成掺杂碳化硅载体。

所述的等离子体改性优选使用DDBD等离子体反应器，处理电压10～15kV，处理时间15～30min。

所述的掺杂碳化硅的载体优选以下方法制备得到：将正硅酸乙酯、蔗糖和等离子体改性后的载体按照质量比为（0.1～0.2）:（0.2～0.4）：1混合，加入浓度为30%～40%的乙醇水溶液搅拌均匀，在35～37℃水浴中恒温后，加入盐酸调节混合液pH值为2～4，超声分散40～60min后滴入浓度为35wt%～40wt%的六次甲基四胺水溶液，形成凝胶，老化20～24h，置于105～120℃干燥，得到裂解前驱体，干燥后的样品在氩气气氛1000℃～1400℃下炭化2～5h，自然冷却后取出研磨并过200目筛，即得掺杂碳化硅载体；其中等离子体改性后的载体与乙醇水溶液的质量体积比为1g:（4～6）ml；等离子体改性后的载体与六次甲基四胺水溶液的质量体积比为1g：（0.2～0.5）ml。

本发明将得到的掺杂碳化硅载体用磁性过渡金属硫酸盐和/或氯盐溶液浸渍、调碱，再经陈化，冷却，研磨，即得到磁性催化剂；优选将磁性过渡金属硫酸盐和/或氯盐以及掺杂碳化硅的载体加入到蒸馏水中，并加入乙二胺四乙酸和聚乙二醇，浸渍10～12h，用40%的NaOH溶液，调节其pH至11～13，置于90℃的水浴锅中陈化2～5h，取出，用去离子水洗至中性，在100～110℃的烘箱中烘干，自然冷却后取出研磨并过200目筛，得到磁性催化剂。

本发明所述的磁性催化剂的制备方法，包含以下步骤：

A.将载体清洗、烘干、用等离子体改性后备用；