[发明专利]一种含双活性位点的铈基臭氧催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种含双活性位点的铈基臭氧催化剂及其制备方法与应用，属于废水深度处理和环境催化技术领域。铈基臭氧催化剂的制备方法包括以下步骤：1)制备三聚氰胺溶液；2)将铈盐加入至步骤1)中的三聚氰胺溶液中，之后加入多羟基羧酸助剂及盐酸，并进行搅拌，得到混合物；3)将混合物干燥后，进行煅烧，得到Ce‑g‑C₃N₄催化剂，该催化剂用于废水中有机污染物的降解。与现有技术相比，本发明中制备的Ce‑g‑C₃N₄催化剂，制备过程简单，原料低廉易得，且Ce‑g‑C₃N₄催化剂不溶于酸、碱、有机溶剂，具有高催化活性和稳定性，投加量低、适用pH范围广，重复利用性能好，对各类难降解有机污染物均有良好的矿化提升效果，在工业废水深度处理中具有广阔的前景。

技术领域

本发明属于废水深度处理和环境催化技术领域，涉及一种含双活性位点的Ce-g-C₃N₄臭氧催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

工业废水一直是我国重要的环境污染治理难题，由于工业废水中的有机污染物大多具有生物毒性、结构复杂稳定等特点，使得常规的生物处理不足以对废水实现达标处理。臭氧氧化技术作为高级氧化技术的重要代表，由于其具有较强的氧化效果以及工艺应用过程简单等优点，在工业废水处理领域受到广泛关注。催化臭氧氧化技术旨在利用催化剂促进臭氧的分解过程，促进氧化电位高达2.80V的无选择性羟基自由基的产生，增加间接氧化途径对有机物去除的过程比重，从而提高臭氧的利用率。

催化臭氧技术主要可以分为两类：一类是以过渡金属离子为代表的均相催化，具有催化活性高、反应速度快等优势，但也存在着会对废水产生二次污染、催化剂易流失等劣势。另一类则是以金属活性组分为代表的非均相催化。非均相催化剂以固相存在，易于分离与回收，避免催化剂的大量流失，降低废水处理成本，其更有利于工程应用的特性使得非均相催化臭氧技术也在废水的深度处理中越来越受重视。

尽管催化臭氧技术在近年来获得较大的研究进展，各类能有效促进自由基产生的催化剂不断得到报道，但大多研究仅局限于对特定有机污染物在结构上简单改变层面上的去除，亦即目标有机物结构上只要发生的相应基团的增减，使其无法在特定仪器中被检测到即认为去除。实际上目前越来越多的研究表明，各类针对难降解有毒工业废水的臭氧化处理过程，对水中初始有机污染物氧化不彻底所产生的各类氧化中间产物，反而可能会导致处理后出水具有更强的生物毒性。因此，通过不断提升臭氧氧化能力使有机污染物达到最终彻底的矿化，从而保证水安全，是当今催化臭氧氧化技术发展的一大目标。但当前报道的大部分催化臭氧材料，在提升废水处理矿化率方面具有明显不足。

臭氧氧化过程伴随着各类芳香族有机污染物的开环、取代基的氧化过程，因而在处理后的水中产生以C₂-C₅的短链小分子羧酸(如草酸)为主的氧化中间产物，这类中间产物已被证明为具有强抗氧化特性，难以被继续氧化去除。更不利的是，由于氧化体系内小分子羧酸的持续积累效应或特定工业排出废水自身所具有的酸性特性，使得作为常见臭氧分解引发剂的水中氢氧根离子浓度水平显著不足，进一步削弱了臭氧技术在酸性条件下的氧化处理能力。此外，主流的以金属为活性组分的各类非均相催化剂在酸性环境中常会发生金属离子大量浸出的问题，不仅造成催化性能、可重复利用性能的大幅降低，同时也对废水造成二次污染。因此，如何提高非均相催化剂的在酸性条件下的稳定性和催化活性也是非均相催化臭氧的一大技术难点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服目前非均相催化剂中对有机物矿化性能低、pH适用范围狭窄、在酸性条件催化剂活性组分易流失、重复利用性能差等问题，提供一种含双活性位点的铈基非均相臭氧催化剂及其制备方法，以及其应用于催化臭氧领域去除污染物的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含双活性位点的铈基臭氧催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：