[发明专利]一种臭氧催化氧化的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种臭氧氧化的催化剂及其制备方法，包括：使用原子层沉积系统，以二氧化硅或三氧化二铝中的一种或两种混合物作为载体，以异丙醇钛和水作为前躯体源，沉积单层的TiO₂；之后加入粘合剂溶液中，混合均匀后，再加入至强度剂溶液中，成型、干燥，再于600~800℃下活化4~8 h。该法制备的催化剂活性好，结合微米级气泡臭氧催化氧化反应器可显著提高废水中苯环类COD的去除率。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种用于废水处理的臭氧催化氧化的非均相催化剂及其制备方法。

背景技术

臭氧作为一种清洁强氧化剂在处理工业废水中得到了广泛关注，臭氧氧化电位为2.07仅次于氟，且反应后分解为氧气不产生二次污染。单一臭氧氧化废水，臭氧利用率低，处理效果有限。而臭氧催化氧化技术可显著提高臭氧利用率及废水处理效果，是一种高效的污水深度处理技术，是近年来工业污水处理领域的研究热点。臭氧催化氧化的主要机理是在催化剂作用下，臭氧分解产生氧化性更强、反应速率更快的羟基自由基，几乎可以氧化所有有机物，没有选择性。正因如此，对于工业污水中难降解的有机污染物，多采用臭氧催化氧化处理其原理，加入一些物质或者能量使反应过程产生氧化性更强的羟基自由基也称为高级氧化技术来提高臭氧利用率。众多研究表明金属氧化物的催化活性与其比表面积呈正相关关系。由于表面积越大，提供的表面羟基基团等活性位点越多。

臭氧催化氧化技术按所用催化剂分为均相催化和非均相催化。均相催化，催化剂难以回收，金属离子易引入二次污染，同时造成资源的浪费，限制了其实际应用。非均相催化技术的催化剂，易于回收，气液固三相反应受传质影响大，弱化臭氧的氧化效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种臭氧氧化的催化剂及其制备方法。本发明制备的催化剂活性位点高，催化活性强，且易回收。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种臭氧氧化的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）使用原子层沉积系统，以二氧化硅或三氧化二铝中的一种或两种混合物作为载体，以超高纯氮气作为载气，以异丙醇钛和水作为前躯体源，在所述载体的表面沉积单层的TiO₂，得到半成品；原子沉积一个周期的时间序列为t₁-t₂-t₃-t₄，其中t₁为异丙醇钛前驱体源的暴露时间，t₃为去离子水前驱体源的暴露时间，t₂和t₄为所述超高纯氮气的吹扫时间；t₁为15~40s，t₂为180~210s，t₃为2~10s，t₄为170~220s；即，原子沉积一个周期内，首先样品于异丙醇钛前驱体中暴露t₁，之后超高纯氮气吹扫t₂，然后样品再于水前驱体中暴露t₃，最后超高纯氮气吹扫t₄。

（2）将所述半成品加入粘合剂溶液中，混合均匀后，再加入至强度剂溶液中，利用催化剂成形机备成型、干燥，再于600~800℃下活化4~8 h即得。

优选的，所述的水为去离子水。

优选的，所述超高纯氮气在进入原子层沉积系统经过进一步纯化。

步骤（1）中原子层沉积系统的样品托盘顶部设置有网罩。网罩可防止样品掉出，但不影响前躯体源和产物气体的进出托盘的有效扩散。

步骤（1）所述的载体的比表面积为100~500 m²/g。

步骤（1）所述的异丙醇钛和H₂O的摩尔比为1:3~7。