[发明专利]一种表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的应用方法，该应用方法的具体步骤为：将初始浓度为25～80毫克/升的低氨氮废水pH调节至5～10，并按照低氨氮废水的体积加入0.6～1.6毫克/升的表面活性剂修饰金属氧化物催化剂，再对溶液进行磁力搅拌，搅拌速度为450转/分钟，同时向每升溶液中通入流量为4～24毫克/分钟的臭氧，在室温下反应30～180分钟。该应用方法能充分利用表面活性剂的软模板作用和稳定分散作用，从而有效地调控催化剂粒子的大小、表面能及其在不同介质中的分散性，进而提高催化剂在臭氧氧化低氨氮废水的催化活性及其选择性转化为N₂的效率，使其可以在常温常压下催化臭氧氧化低氨氮废水，同时将氨氮更有效率地选择性转化为N₂。

技术领域

本发明属于工业废水处理领域，具体涉及一种表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的制备方法和应用。

背景技术

目前，工业废水中低氨氮废水常用的处理方法主要有离子交换法、折点氯化法、生物法等，这些方法均有各自的特点，但分别也都存在一定的缺陷。其中，离子交换法存在吸附量小、再生频繁等缺点；折点氯化法处理成本高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染；生物法的硝化产物NO₃^—需被厌氧生物转化为N₂，且在盐分、重金属等组分存在时，微生物的活性将受到抑制，另外生物法还存在需要严格控制pH、营养源、废水温度等缺点。

此外，对于处理低氨氮废水还存在一种湿式催化氧化法，但该方法需要较为苛刻的反应条件，比如高温高压，甚至还需要使用贵金属做催化剂来进行催化反应。而如果通过非均相催化臭氧对其进行氧化，则可以实现操作简便、催化剂易分离且可重复再生、不产生二次污染等优点，但单独的金属氧化物催化剂在催化臭氧氧化低氨氮废水时，氨氮转化为N₂的效率不高，而且目前也未见常温常压下通过一种非贵金属作为催化剂应用于臭氧氧化低氨氮废水的相关报道、文献及专利。

发明内容

（1）要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的制备方法，该制备方法能充分利用表面活性剂的软模板作用和稳定分散作用，从而有效地调控催化剂粒子的大小、表面能及其在不同介质中的分散性，进而提高催化剂在臭氧氧化低氨氮废水的催化活性及其选择性转化为N₂的效率；本发明还提供了该制备方法得到的表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的应用，通过该方式使其可以在常温常压下催化臭氧氧化低氨氮废水，同时将氨氮更有效率地选择性转化为N₂。

（2）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的制备方法，具体步骤为：将金属盐、氢氧化钠、表面活性剂三种固态物质分别研磨均匀，再按金属盐：氢氧化钠：表面活性剂的摩尔比为1：2.1：0.093～0.217将三种固态物质混合均匀，并对混合物进行研磨60分钟，再在90℃下对混合物进行烘干并冷却至室温，之后，再将混合物研磨成粉末，并将粉末置于200～500℃下煅烧60～240分钟再冷却至室温，即得到表面活性剂修饰金属氧化物催化剂；

其中，所述的金属盐为钴、锰、镍、铜、锌中的任意一种盐；

其中，所述的表面活性剂为月桂酰肌氨酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种。

优选地，所述的金属盐为氯化盐或硝酸盐中的一种。

本发明还提供了上述制备方法得到的表面活性剂修饰金属氧化物催化剂的应用，具体步骤为：将初始浓度为25～80 毫克/升的低氨氮废水pH调节至5～10，并按照低氨氮废水的体积加入0.6～1.6毫克/升的表面活性剂修饰金属氧化物催化剂，再对溶液进行磁力搅拌，搅拌速度为450 转/分钟，同时向每升溶液中通入流量为4～24 毫克/分钟的臭氧，在室温下反应30～180分钟。