[发明专利]用于有机废水处理的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于有机废水处理的催化剂及其制备方法，属于污水处理领域。

背景技术

过硫酸盐高级氧化是近几年发展起来的一种处理难降解有机废水的有效方法，其氧化机理是在催化剂作用下，产生比·OH氧化电位更高的·SO₄^-，主要的催化方式有热催化、光催化和化学催化。化学催化主要是以金属或过渡金属离子如Fe⁰、Fe²⁺、Co²⁺、Ce²⁺等激活·SO₄^-。张盛汉等在《硫酸亚铁/过硫酸钾体系深度处理印染废水》(东华大学学报Vol.39N6.P814)、万小娇等在《过硫酸盐深度催化氧化垃圾渗滤液膜浓缩液》(有色金属设计与研究Vol.35No.1P33)及张乃东等人的发明专利：201110149719.8介绍了化学催化氧化的研究进展。沈迅伟等在《二氧化钛悬浆体系中过硫酸盐对苯酚光催化降解的影响》(环境科学学报Vol.25No.5P631)，二氧化钛悬浆在体系中分散均匀，有利于催化反应的进行，但是首先会使体系浑浊，不利于光的透射，其次反应完以后，存在二氧化钛与废水的分离，二氧化钛粉体粒度很细，分离困难，另外，二氧化钛回收困难，造成成本上升。沙俊鹏等在《纳米TiO₂/介孔ZSM-5协同过硫酸盐光催化降解硝基苯酚废水》(安徽工业大学学报Vol.30No.1P32)介绍了过硫酸盐协同光催化氧化方面的研究进展，文章将二氧化钛涂敷在载体上，解决了悬浮态所存在的问题，但也只是在光催化方面解决了问题，本发明通过过渡金属离子钴对二氧化钛掺杂，使二氧化钛晶格产生缺陷，提高了二氧化钛的光催化效果，同时钴离子可以直接激活过硫酸钾产生·SO₄^-，提高过硫酸钾的氧化活性。

从上述介绍来看，过渡金属催化，是通过过渡金属的价态变化直接激发·SO₄^-的产生，而二氧化钛催化则是通过光激发二氧化钛产生导带电子和价带空穴，光生空穴迁移到表面与吸附态羟基和水反应生成羟基自由基；而光生电子与电子受体产生·O^-₂自由基，进而激发过硫酸盐产生·SO₄^-。催化剂在过硫酸盐氧化的过程中的作用是至关重要的。

资料显示，金属及金属离子催化过硫酸盐氧化时，金属离子是以离子态溶解在待处理废液中，不仅造成金属离子的流失，而且需要增加金属离子与废水的分离工序。如果将金属离子负载到固体载体上，就可解决上述问题。在进行二氧化钛光催化反应时，有人将二氧化钛负载到载体上，如：范峰等人的发明专利《一种ZSM-5沸石的改性处理方法》(专利号：20111092779.8)、翟庆洲等人的发明专利《MCM-41分子筛与钛纳米复合材料及其制备方法》(专利号：200410096181.9)。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供一种用于有机废水处理的催化剂和该催化剂的制备方法，该催化剂可以结合催化氧化和光催化对有机废水进行降解。

本发明的技术方案是，提供一种用于有机废水处理的催化剂，所述催化剂是在颗粒状的含硅载体上包覆掺钴复合材料层，所述掺钴复合材料层的厚度为100～240nm，所述掺钴复合材料层中以氧化硅-氧化钛复合物为基体，钴为增强体，所述掺钴复合材料层中增强体与基体的摩尔比为1︰50～200，所述氧化硅-氧化钛复合物中氧化硅和氧化钛的摩尔比为1︰1～3。

进一步地，所述载体的粒径为1～5mm。

进一步地，所述含硅载体为介孔材料。

进一步地，所述载体的密度为1.1～1.5g/cm³。

进一步地，所述载体与掺钴复合材料层之间还包覆有氧化硅-氧化钛复合物组成的中间层，所述中间层的厚度为70～200nm。

本发明提供的另一技术方案是，进一步提供一种用于有机废水处理的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将可溶性钴盐溶于水，配制成钴离子浓度为0.1～1M的钴盐溶液，再加酸酸化至pH为4.5～6.5；

(2)按体积份，在1份步骤(1)得到的溶液中加入5～20份的无水乙醇，得乙醇钴溶液；

(3)按体积份，在100份无水乙醇中加入3～5份乙酰丙酮，再加入15～30份钛酸丁酯和4～10份硅酸乙酯，搅拌均匀后，再加入15～20份所述乙醇钴溶液，搅拌反应0.5h以上，反应完成后放置陈化1～2h；