[发明专利]一种锌铜铝铈复合氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锌铜铝铈复合氧化物,属于制浆造纸废水处理领域。锌铜铝铈复合氧化物化学结构式为Zn_aCu_bAl_mCe_nO_{a+b+1.5m+1.5n}，其中，a：b=4:1，m：n=4‑6:1，（a+b）；（m+n）=3:1。呈不规则片状结构，平均直径为200‑250nm。该氧化物是通过水热法，将各金属元素的硝酸盐制成共沉淀胶体，充分反应后煅烧，得到。本发明的锌铜铝铈复合氧化物全谱光催化剂不仅能快速地吸附大量的木素等残余有机物，还能将其从水中分离后，在光照下将木素等残余有机物光催化降解，具有广阔的应用前景。本发明提供的锌铜铝铈复合氧化物全谱光催化剂的制备方法简单、易于推广。

技术领域

本发明涉及一种具有近红外光催化活性的全谱光催化剂的制备及其对制浆造纸废水的深度处理技术，属于制浆造纸废水处理领域。

背景技术

制浆造纸工业是典型的植物资源提取分离和应用产业，具有用水量大、溶出有机物多的特点，因此所产生的工业废水量大、色度高、成分复杂，还包括难以降解的木素等有机物。虽然造纸工业已经采取了废水循环利用、碱回收等各种措施，最大限度地降低了吨纸耗水量，但制浆造纸工业废水处理仍然是造纸工业必不可少的辅助工艺环节，一般要经过一级物化和二级生化处理，这些处理工艺可除掉大部分的有机污染物，却难以去除木素等生化性能较差的有机物，使得废水COD和色度仍然较高，不能达标排放标准，需进一步的深度处理。在常见的深度处理方法中，光催化氧化因可直接将各种有机污染物无选择地降解、矿化，是目前公认的最有效的深度处理制浆造纸废水的方法。利用光催化技术处理制浆造纸废水的关键是半导体纳米光催化剂的选择。然而，目前常用的半导体类光催化剂如二氧化钛、氧化锌仅能吸收紫外光，经掺杂和与其他金属和半导体纳米材料复合，也仅能将光吸收扩大到可见光区，且对残余有机物的降解速度较慢，对木素等残余有机物的吸附性能差，难以满足快速、高效处理造纸废水的需求。利用吸附剂处理制浆造纸废水可以较快地去除废水中的有机污染物，但大部分吸附剂都需要经过煅烧或解吸处理才能再生和循环利用，造成再生处理工艺复杂和容易造成二次污染等问题。

类水滑石是一种层状的二价金属离子和三价金属离子的混合金属氢氧化物，其结构式为[M(II)_1-xM(III)_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，其中M(II)和M(III)分别代表二价和三价金属离子；x为三价金属离子所占比例；A^n-为层间阴离子。类水滑石与水滑石氢氧化镁铝结构相同，通过利用与镁铝金属离子直径相近的二价金属离子和三价金属离子调换或部分取代二价镁离子和三价铝离子，可以设计合成出各种类水滑石结构的混合金属氢氧化物。如果层间阴离子为可分解的碳酸根离子，这些混合金属氢氧化物经煅烧，则可制备相应的混合金属氧化物，为设计具有异质结构的复合金属氧化物类全谱光催化剂提供了一条有效途径。

发明内容

针对目前大部分造纸废水处理中半导体纳米光催化剂吸附性能差和仅在紫外或紫外和可见光区域具有催化活性的不足，本发明提供一种锌铜铝铈复合氧化物。

一种锌铜铝铈复合氧化物，将硝酸锌与硝酸铜按摩尔比为4：1、硝酸铝、硝酸铈按摩尔比为4~6：1的比例分别溶解于去离子水中，各自形成二价金属离子和三价金属离子的硝酸盐水溶液，之后，再按二价金属离子与三价金属离子摩尔比为3：1的比例将两种硝酸盐水溶液混合，形成混合盐水溶液；另将氢氧化钠和碳酸钠按3：1的摩尔比溶解于去离子水中，形成混合碱溶液；在激烈搅拌下将上述混合盐溶液和混合碱溶液同时滴加到反应器中，控制反应混合物pH在10~11之间，形成共沉淀物胶体；继续激烈搅拌1小时，使共沉淀物完全分散均匀后，将共沉淀物胶体升温至60℃，轻度搅拌5小时，自然冷却到室温后，用去离子水洗涤至中性，并将沉淀物于50℃真空干燥并研磨后，置于马弗炉内于500℃下热处理3小时，获得锌铜铝铈复合氧化物吸附型全谱光催化剂（图1），锌铜铝铈复合金属氧化物呈不规则片状结构，平均直径200~250 nm（附图2）。