[发明专利]一种用于臭氧氧化的负载过渡金属催化剂的制备方法、其产品及应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及负载过渡金属催化剂，特别是一种用于臭氧氧化的负载过渡金属催化剂、其制备方法及应用。

【背景技术】

近年来，饮用水污染问题已引起人们的广泛重视，特别是饮用水中一些难降解有机物是导致饮用水水质恶化的主要污染物质，因而研究开发应用于大规模水处理中的新型水处理工艺，有效去除水中难降解有机物，已成为当务之急。臭氧由于其强氧化性强，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、且具有选择性，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。

因此，人们通过在载体上添加金属离子或固态金属、金属氧化物作为催化剂的多相催化臭氧氧化技术。目前，多相催化臭氧化工艺中所用的催化剂主要是负载过渡金属催化剂，负载的金属或金属氧化物有FeOOH、Al₂O₃、TiO₂、MnO_x、Fe₂O₃、Ni₂O₃等，其催化活性主要表现对臭氧的催化分解和促进·OH的产生。臭氧催化氧化过程的效率主要取决于催化剂及其表面性质、溶液的pH值，这些因素能影响催化剂表面活性位的性质和溶液中臭氧分解反应。催化剂载体载体是影响催化剂效能的重要因素之一，其主要作用是提供有效比表面积及适宜的孔结构，并使催化剂获得好的机械强度及热稳定性，起着活性中心和节省活性组分用量的作用。通常用于水处理催化剂载体有Al₂O₃、TiO₂、活性炭和陶瓷等。

与均相催化臭氧氧化技术相比，多相催化臭氧氧化具有催化剂能够重复利用、高氧化活性、易回收处理和水处理成本低的优点，在水处理领域显示出了广阔的应用前景，并有望成为一种很有工业应用价值的水处理技术。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术缺陷，获得在一种新型的负载过渡金属催化剂，实现臭氧/负载过渡金属催化剂催化氧化体系以去除水中难降解的有机物。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于臭氧氧化的负载过渡金属催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

A、将催化剂载体原料置于以重量计3-5％的NaOH水溶液中浸泡1-4小时，漂洗后在常温下干燥，再在90-105℃下干燥2-4小时；

B、称取Al(NO₃)₃·9H₂O溶于去离子水中，配置成0.5-1.5mol/L的Al(NO₃)₃溶液，在85-95℃下缓慢添加铝粉，直至Al(NO₃)₃溶液的pH值为3-4，然后加入分散剂盐酸羟胺，搅拌均匀，获得活性氧化铝溶胶；

C、将步骤A处理后的催化剂颗粒在步骤B的活性氧化铝溶胶中浸泡2-4小时，常温下干燥后在90-105℃下干燥2-6小时，然后在400-550℃下焙烧4-6小时，得到一次涂层的催化剂载体；

D、重复步骤A-C 2-4次，得到多次涂层的催化剂载体，使活性氧化铝涂层含量为以催化剂载体重量计的5-15％；

E、配制以金属元素重量计6-15％的活性组分与助催化剂混合水溶液，将步骤D的多次涂层的催化剂载体浸泡在所述混合水溶液中4-8小时，常温干燥后，再在80-120℃干燥2-6小时，然后在600-850℃焙烧4-6小时，得到负载过渡金属催化剂。

在本发明中，优选地所述催化剂载体原料选自活性炭、氧化铝、陶粒、沸石中。

更优选地，所述催化剂载体原料为球状、颗粒状、块状或柱状。

根据一种优选的实施方式，步骤B中分散剂盐酸羟胺在活性氧化铝溶胶中的重量比为1-5％。