[发明专利]核壳型催化剂及其制备方法和在臭氧催化氧化中的应用

说明书

本发明涉及一种核壳型催化剂，包括内核以及包覆在其表面的壳体，内核的材质为赤铁矿、电气石、锗石、麦饭石或高岭土其中一种，壳体的材质为ρ型氧化铝及金属氧化物活性组分。本发明还提供了其制备方法：将内核原料与水混合，制成粒径为2‑4mm的球种，其中，内核原料为赤铁矿、电气石、锗石、麦饭石或高岭土其中一种；将球种与壳体原料和水混合，使得壳体原料包裹在球种表面，制成粒径为3‑5mm的料球；将料球在60‑90℃下恒温处理10‑24h，然后在450‑550℃下煅烧活化处理2‑5h，得到核壳型催化剂。本发明还公开了上述核壳型催化剂在臭氧氧化法反应中的应用。本发明的方法制备了形貌良好且具有良好催化性能的核壳型催化剂，降低了催化剂的生产成本。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域及污水处理领域，尤其涉及一种核壳型催化剂及其制备方法和在臭氧催化氧化中的应用。

背景技术

臭氧具有极强的氧化能力，可以直接氧化降解有机物，但是其氧化选择性制约了对污水中有机物深度矿化处理的能力。为了提高臭氧利用率和深度处理污水的能力，一般采用往臭氧氧化污水系统中加入催化剂的方法。催化剂具有催化分解臭氧的作用，臭氧被转化成氧化性能更强的羟基自由，羟基自由基基本上可以氧化所有的有机物，具有深度处理污水的能力。

目前常用的催化剂分为均相和异相两类。均相催化剂不受相间扩散的影响、易于控制，但是投入到水中的金属离子难以分离不能循环使用，会使水中金属离子浓度过高造成对环境的二次污染和运行成本的增加。异相催化剂可以避免均相催化剂中存在的问题，但是和均相催化剂相比，非均相催化体系中存在相间扩散阻力、活性位点与反应底物接触率低等问题。因此提高异相催化剂性能，降低催化剂的生产成本，简化规模化生产工艺，是异相催化剂商业应用的重要条件。

此外，催化剂成本占臭氧催化氧化处理污水体系中成本的最大一部分，废水处理项目中往往需要花费较多的资金来购买催化剂，这给臭氧催化氧化处理废水技术的推广带来了很大的阻碍。因此在保证催化剂性能的条件下如何降低催化剂的成本是技术人员需要解决的重要问题。许多科研工作者门选用廉价的原料如：Fe₂O₃、MnO₂等来生产3-5mm的球形催化剂，但是催化剂催化性能往往较低，不能同时满足既降低成本又保证催化剂性能。催化性能较好的催化剂原料为价格较高的La₂O₃、CuO、TiO₂、MnO₂、Fe₂O₃、CeO₂等，这不仅仅给生产增加了较大的经济压力，也制约了臭氧催化氧化技术在污水处理领域的推广。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种核壳型催化剂及其制备方法和在臭氧催化氧化中的应用，本发明的方法制备了形貌良好且具有良好催化性能的核壳型催化剂，降低了催化剂的生产成本。

本发明提供了一种核壳型催化剂，包括内核以及包覆在其表面的壳体，内核的粒径为2-4mm，壳体的厚度为0.5-1.5mm，内核的材质为赤铁矿、电气石、锗石、麦饭石或高岭土其中一种，壳体的材质为ρ型氧化铝和活性组分，活性组分为氧化镧(La₂O₃)、氧化铜(CuO)、氧化钛(TiO₂)、氧化锰(MnO₂)、氧化铁(Fe₂O₃)和氧化铈(CeO₂)中的一种或几种。

进一步地，ρ型氧化铝与活性组分的质量比为90-96:4-10。ρ型氧化铝具有物化性质稳定、机械强度大、易成型的优点。

本发明还提供了一种上述核壳型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将内核原料与水混合，制成粒径为2-4mm的球种，其中，内核原料为赤铁矿、电气石、锗石、麦饭石或高岭土中的一种；