[发明专利]一种紫外光‑臭氧协同氧化催化材料及制备和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于废水深度净化的紫外光-臭氧协同氧化催化材料及制备方法和应用，属于环保工程领域。

背景技术：

目前，国家大力推行工业园区内各行业废水统一排放处理，但化工行业废水种类繁多，各污染物性质差异较大，且去除水平不同步，给工业园区废水达标排放造成了很大程度上的压力。随着越来越严格的废水排放标准的即将实施(如石化行业总排水COD将达到40mg/L的排放标准)，废水的深度净化成为废水处理中不可小觑的关键步骤，深度处理过程能否有效捕捉低浓度特种污染物，并对其进行氧化分解、彻底矿化，是废水能否稳定达标的决定性因素。综合看来，吸附氧化技术是深度处理微污染最有效的技术之一，但传统吸附材料性能单一，利用率低，且氧化产物仍是羧酸、酮、醛类等小分子有毒有害物质，降解不充分，不彻底，容易造成二次污染。

传统光催化氧化技术也有诸多缺陷，不同的光源与光强的选择所带来的催化降解效果都不一样。且单一使用光催化氧化，存在光照利用率低，产生大量光照副产物(臭氧等)，从而造成水体污染等诸多缺点。光照与吸附组合工艺处理效果较单一使用两种工艺要理想许多，但投资使用成本较高，资源利用率低。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有技术中的问题，而提供一种用于废水深度净化的紫外光-臭氧协同氧化催化材料，本发明的另一目的是提供上述催化材料的制备方法，本发明还有一目的是提供上述催化材料技术的用途。

本发明的技术方案为：一种紫外光-臭氧协同氧化催化材料，其特征在于：以负载活性炭的锰砂颗粒为基本骨架；以混合金属氧化物作为活性组分负载在基本骨架的最外层；其中，基本骨架上活性炭负载量为基本骨架比表面积达到3000m²/g～4000m²/g；混合金属氧化物中的主要活性组分为TiO₂，助活性组分为碱土金属氧化物，活性组分总负载量为基本骨架质量的10％～30％。

优选本发明所制备的紫外光-臭氧协同氧化催化材料的粒径为0.225mm～0.550mm。

优选上述锰砂颗粒是天然锰矿砂；其粒径为0.150mm～0.300mm；所述的活性炭是粉末状果壳活性炭，优选的为以核桃壳为前体的活性炭粉末。其碘值为1200mg/g～1500mg/g的，其粒径为0.075mm～0.105mm。

优选上述的碱土金属氧化物为CaO和MgO，其质量比CaO：MgO为(1～5)：1；助活性组分碱土金属氧化物的负载质量占主要活性组分TiO₂负载质量的1％～10％。

上述负载的混合金属氧化物结构均为钙钛矿型。

本发明还提供了上述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)取天然锰矿砂在自来水下冲洗，在酸溶液中煮沸，过滤，自来水冲洗至中性，干燥；

(2)将果壳活性炭粉末加入碱溶液配置成混合溶液，使活性炭在水浴中间歇搅拌活化；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液真空过滤，取出滤后的活性炭粉末，将其置于100～200℃的电热鼓风干燥箱中干燥2～4小时至恒重；降温后，取出活化后的果壳活性炭，待用；

(4)配制浓度为10％～20％的碱溶液，将上述活化处理后的果壳活性炭按与碱溶液质量体积比(g/L)为(10～20):1搅拌混匀，制成活性炭胶体溶液；

(5)将预处理后的锰砂颗粒按与活性炭胶体溶液质量体积比为(20～40):1g/L浸渍在步骤(4)得到的活性炭胶体溶液中，陈化2～3小时，后经过滤，在保护气氛下进行500～800℃高温焙烧处理2～4小时，得到锰砂-活性炭骨架结构，重复浸渍焙烧，直至该骨架结构的比表面积达到3000m²/g～4000m²/g；

(6)分别配制质量浓度为10～20g/L的二氧化钛溶液、氧化钙和氧化镁溶液；将氧化钙与氧化镁溶液以(1～5)：1体积比混合均匀，制成混合碱土金属氧化物溶液A；

(7)将上述TiO₂溶液与混合溶液A以(1～3)：1的体积比混合均匀，制成混合溶液B；

(8)取步骤(5)中催化材料的骨架结构按固液质量体积比为(10～20)：1g/L浸渍在上述混合溶液B中，浸渍6～12小时后取出；在保护气氛下进行二次高温焙烧处理，焙烧温度为400～800℃，焙烧时间为2～4小时；重复浸渍焙烧，直至总金属氧化物负载质量为负载前锰砂-活性炭骨架质量的10％～30％；得紫外光-臭氧协同氧化催化材料。