[发明专利]一种协同低温等离子体技术处理废水的催化剂及其制备和应用、处理苯酚废水的方法

说明书

本发明提供了一种协同低温等离子体技术处理废水的催化剂及其制备和应用、处理苯酚废水的方法，属于废水处理催化剂技术领域。本发明提供的催化剂中，活性组分中的Mn可高效利用高能粒子和活化O₃；Ce可有效传递活性氧；M可有效利用紫外光，从而能够充分利用低温等离子体技术产生的高能电子、臭氧和紫外光等额外能量，能够有效匹配等离子体技术，解决单独等离子体技术存在的能量利用不充分的缺点。在同等反应条件下，本发明的催化剂与低温等离子体技术相互配合可以有效提升苯酚的降解效率，另外，本发明的催化剂协同等离子体技术可以有效处理高浓度苯酚废水(浓度大于200mg/L)。

技术领域

本发明涉及废水处理催化剂技术领域，尤其涉及一种协同低温等离子体技术处理废水的催化剂及其制备和应用、处理苯酚废水的方法。

背景技术

苯酚是一种重要的化工原料和生产中间体，在石油化工、皮革、塑料和香料等行业中被广泛应用，但在其生产和应用过程中会产生大量含苯酚废水。苯酚废水不仅会危害人体健康，还会破坏生态环境。目前，生物法是工业应用最为广泛的废水处理方法，但苯酚具有生物毒性，生物法难以有效处理此类废水。

低温等离子体技术是一类新型高级氧化技术，被广泛应用于废水处理领域，该技术能通过放电产生紫外光，以及·OH、O₃等大量强氧化性物质，从而实现有机污染物的无害化处理。研究表明，介质阻挡放电对污染物的降解作用机理主要有高能电子作用、臭氧氧化作用以及紫外光作用。尽管单独的低温等离子体技术对污染物有一定的降解效果，但是也存在很大的局限和缺陷，主要表现为产生的高能粒子、紫外光和O₃等不能被充分利用，进而造成能源浪费。

利用催化剂对污染物的吸附能力、O₃分解作用和光催化作用，将催化剂与等离子体技术联用，可解决单独等离子体技术存在的能量利用不充分的缺点。然而，尽管研究者对催化剂进行了一系列研究工作，现有催化剂仍难以有效利用高能粒子、紫外光和O₃，且难以有效匹配等离子体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协同低温等离子体技术处理废水的催化剂及其制备和应用、处理苯酚废水的方法，所述催化剂能够充分利用低温等离子体技术产生的高能电子、臭氧和紫外光，从而有效匹配等离子体。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种协同低温等离子体技术处理废水的催化剂，包括载体和负载于所述载体上的活性组分，所述载体为碳材料，所述活性组分为复合金属氧化物，所述复合金属氧化物包括MnO₂、CeO₂和MO，其中，M为Fe、Co、Ni或Zn中的至少一种。

优选的，所述碳材料为活性炭、碳纳米管或N掺杂碳纳米管。

优选的，所述催化剂中，所述复合金属氧化物的质量百分含量为1～40％，余量为载体。

优选的，所述催化剂中，所述MnO₂、CeO₂的总质量和MO的质量比为1:10～10:1，所述MnO₂和CeO₂的质量比为1:10～10:1。

本发明提供了上述技术方案所述协同低温等离子体技术处理废水的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将金属氧化物前驱盐的水溶液、络合剂、碳材料和沉淀剂混合，进行沉淀反应，得到前驱体；

将所述前驱体进行焙烧，得到协同低温等离子体技术处理废水的催化剂；

所述金属氧化物前驱盐为锰盐、铈盐和M盐，所述M为Fe、Co、Ni或Zn中的至少一种。

优选的，所述络合剂为柠檬酸、乙二胺、乙酰丙酮和乙二胺四乙酸二钠中的一种或几种；所述络合剂与金属氧化物前驱盐的摩尔比为(1.2～5):1。