[发明专利]一种可再生催化剂以及制备方法、应用

说明书

本申请公开了一种可再生催化剂以及制备方法和应用。所述可再生催化剂选自具有式Ⅰ所示化学式的化合物中任一种；A₂DMO₆式Ⅰ；在式Ⅰ中，A选自Sr、Ca、Ba中的任一种；D选自过渡金属中的至少一种；M选自Zr、Ti中的任一种。该催化剂是一种兼具光催化和催化臭氧氧化活性的双钙钛矿智能再生催化剂。该类催化剂在UV‑臭氧氧化体系中表现出极为优异的催化氧化降解污染物的能力，同时通过简单的氧化还原热处理可以解决活性组分团聚和表面积碳问题。

技术领域

本申请涉及一种可再生催化剂以及制备方法、应用，属于环境功能材料领域。

背景技术

随着工业的迅猛发展和人类物质生活水平的提高，工业废水的排放量逐年增加，成分也越来越复杂，如何去除废水中难降解的有机污染物成为目前废水治理的难点。工业废水经传统工艺处理后的出水难达标排放，出水中仍含有较高浓度的难降解有机物，存在较大的问题。紫外-臭氧催化氧化法因为集合了光催化和催化臭氧氧化两种方法，对难降解有机废水具有极为优异的去除效果，是一种在常温常压下降解有机物的方法。其反应机理为O₃分子在UV辐照下生成的大量·OH，再利用·OH的强氧化能力实现污染物的快速降解，具有应用范围广、工艺简单、处理效果好等优点，能满足日益严格的出水排放要求。

对于紫外-臭氧催化氧化反应体系，催化剂为体系核心。对于臭氧氧化技术，目前常用的催化剂为金属负载型催化剂，其中活性组分为Fe、Cu、Ni、Mn、Pt、Pd等，载体主要有氧化铝、分子筛、活性炭等(Journal of Environmental Management,2018,211(1):83-102)。对于光催化技术，目前常用的催化剂为TiO₂、ZnO₂、SnO₂、金属硫化物半导体等及其改性化合物(Energy and Environmental Science,2017,7(7):2182-2202)。若将两种技术复合，进而推广其工业应用，目前存在两方面问题。第一，催化臭氧氧化体系和光催化体系所用的催化剂存在较大差异，为了提高紫外-臭氧催化氧化反应体系的氧化能力，需要分别添加不同类型的催化剂，势必增加操作难度和成本。第二，对于紫外-臭氧氧化体系，紫外和臭氧各自的催化剂容易失活(寿命不足2年)且失活后无法回收再生，只能作为危废进行处理。根据目前国内危险废物处理规定，该类危废处理处置费用高达5000元/吨，这意味着3～4年后，使用此种催化剂处理废水的企业每年将需要承担上亿元的废催化剂处置费用。经分析，造成此种催化剂失活的主要原因是催化剂表面积碳和活性组分团聚。因此，为了提高UV-臭氧氧化体系的催化活性和降低催化剂后续处理费用，需要开发一种兼具光催化和催化臭氧氧化能力，且可抑制活性组分团聚和表面积碳的光催化臭氧氧化催化剂。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种可再生催化剂，该催化剂是一种兼具光催化和催化臭氧氧化活性的双钙钛矿智能再生催化剂。该类催化剂在UV-臭氧氧化体系中表现出极为优异的催化氧化降解污染物的能力，同时通过简单的氧化还原热处理可以解决活性组分团聚和表面积碳问题。

一种可再生催化剂，所述可再生催化剂选自具有式Ⅰ所示化学式的化合物中任一种；

A₂DMO₆  式Ⅰ

在式Ⅰ中，A选自Sr、Ca、Ba中的任一种；

D选自过渡金属中的至少一种；

M选自Zr、Ti中的任一种。

具体地，本申请所提供的催化剂是一种智能再生催化剂，催化剂掺杂的金属组分(例如Fe、Co、Ni)可在钙钛矿晶格内部与表面可逆溶解(高温氧化气氛)/溶出(高温还原气氛)，这种原位可逆脱嵌可以抑制活性组分颗粒的长大和解决表面积碳，从而使催化剂始终保持较高的催化活性。

本申请中，A选自Sr、Ca、Ba中的任一种，即钙钛矿结构中的A不进行掺杂，使得催化剂具有良好的效果。