[发明专利]一种固体超强酸用于催化双氧水/臭氧的用途及方法

说明书

本发明公开了一种固体超强酸(SO₄^2‑/Fe₂O₃/ZrO₂)催化双氧水/臭氧在处理酸性废水中的用途及方法；本发明技术中SO₄^2‑/Fe₂O₃/ZrO₂和H₂O₂对催化臭氧氧化去除水中有机物具有协同效应；本发明技术在强酸性条件下(pH<2.0)对乙酸具有高效的去除率，克服了H₂O₂/O₃体系在pH<5.0时氧化效率明显降低的不足具有操作简单，成本低，能有效去除酸性溶液中的有机物如乙酸等优点，应用前景极佳。

技术领域

本发明涉及一种固体超强酸催化剂，具体涉及到一种SO₄^2-/Fe₂O₃/ZrO₂固体超强酸催化剂及其催化双氧水/臭氧处理酸性废水的用途及处理方法。

背景技术

臭氧在水处理中的氧化能力极强，臭氧的氧化还原电位为2.07V，仅次于氟，氧化能力是氯气的1.25倍。虽然单纯的臭氧氧化能在一定程度上对有机物进行去除，但是臭氧难以将氧化后的小分子物质进一步氧化，因此单纯的臭氧氧化对于有机物的矿化程度有一定的局限性。因此，人们做了大量研究改善臭氧的局限性。从技术的方便性和应用的成熟性而言，H₂O₂/O₃具有最好的研究前景。然而酸性条件下(pH＜6.0)H₂O₂无法有效去质子化，故此条件下的氧化效率极低。事实上，如何在酸性条件下产生羟基自由基是臭氧氧化技术的一个难点和重点。

科学研究表明，通过在H₂O₂/O₃体系中投加催化剂，能够显著提高H₂O₂/O₃体系产生羟基自由基的能力及改善臭氧直接氧化有机物的能力。有工作研究表明通过添加含钛Lewis酸能大大提高酸性体系(pH＝3.0～5.0)臭氧的氧化效率，发现加入Ti(Ⅳ)能有效提升H₂O₂/O₃在酸性条件下的氧化效能，但是该体系的不足是存在钛离子流失的问题。不同固定形态Ti(Ⅳ)在对酸性环境下的体系具有一定的催化活性，但不同晶格Ti(Ⅳ)结构的氧化效能差异性不大，对于pH＜2.0体系存在钛活性位流失或者活性明显降低。因此对于酸性环境下(尤其强酸环境中)一种更加有效的催化臭氧化体系的研究显得至关重要。

固体超强酸是酸强度指数大于100％H₂SO₄的酸，是近年来研究与开发的一种新型固体酸催化剂，随着人们对于固体超强酸的不断研究，催化剂种类也从液体含卤素超强酸发展成无卤素固体超强酸，单组分固体超强酸和多组分固体超强酸。固体超强酸表面存在大量的Lewis酸和Bronsted酸，这是其具有良好催化活性的原因。在催化臭氧化领域，Lewis酸性位和Bronsted酸性位的存在能大大提高催化效率。固体超强酸催化臭氧氧化研究有利于拓宽在强酸性环境中的催化效能，这对于催化臭氧化的应用广普性具有长远意义。

发明内容