[发明专利]用于催化臭氧氧化的钙基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于催化臭氧氧化的钙基催化剂及其制备方法和应用。用于催化臭氧氧化的钙基催化剂其结构为核壳结构，以CaO为核，以多孔SiO₂为壳。将CaO前驱体加入到去离子水中，搅拌，得到悬浊液A；采用SiO₂前驱体制备硅溶胶B；将悬浊液A加入到硅溶胶B中，搅拌，得到悬浊液C；悬浊液C老化，过滤，得到沉淀D；将沉淀D洗涤，干燥，得到催化剂前驱体E；将催化剂前驱体E干燥，焙烧，得到用于催化臭氧氧化的钙基催化剂。本发明的钙基催化剂具有较高的催化活性和催化寿命、对环境友好、不会引起重金属污染、易于制备的特点。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于催化臭氧氧化的钙基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

水是生物生存和人类发展的必要资源，但是水污染严重威胁生态环境与人体健康。据中国环境状况公报统计资料显示，我国七大水系面临的污染形势依然严峻。工业有机废水的排放是主要的污染源，其中来自造纸印刷、石油化工、冶金电镀等行业的工业污水，具有污染成分复杂、有毒物含量高、COD高、酸性或碱性强、危害大、降解难等特点，对土壤、水体、大气造成了严重污染，有机废水的源头降解处理可有效减少工业有机废水的排放。

高级氧化技术是通过利用羟基自由基的强氧化性来实现降解有机废水的一种新型技术，羟基自由基的氧化电位比普通氧化剂(如氯气、过氧化氢和臭氧)要高很多，氧化能力非常强，可以将大分子的有机物直接氧化成二氧化碳和水，并且反应过程绿色、环保，不会对环境造成污染，逐渐被越来越多的企业应用于废水处理过程中。

臭氧是一种具有强氧化性能的气体，氧化能力在天然元素中仅次于氟，将臭氧用于降解有机废水具有反应迅速，设备尺寸小，设备费用低和剩余的臭氧易于分解为氧，不会产生二次污染的特点，臭氧氧化处理有机废水技术在近年来得到了较多的研究和发展，在实际应用中发现单一的臭氧氧化反应降解有机污染物的选择性较高，对有机物的降解能力有限，通过将金属盐及其氧化物等作为催化剂，引入到臭氧氧化反应中，促进了活性自由基的生成，可大幅度提高对有机污染物的降解能力，在工程上被广泛采用。但是使用现有的催化剂催化臭氧氧化降解有机废水，又面临重金属元素的溢出，进入水体会造成二次水污染，并且现有催化剂对目标有机化合物的催化氧化选择性较高，面对以上问题，研发一种高效催化并且环境友好的催化剂成为科学家们研究的主要方向。

中国专利CN 108543534 A公开一种用于催化臭氧氧化的催化剂及其制备方法，所述催化剂颗粒载体为碳和铈掺杂的ZrO₂，碳的掺杂量为0.5％～2％，铈的掺杂量为6％～17％，活性组分为Ru和Ce交替分层负载在载体上，其中，Ru的负载量为0.05％～0.1％，Ce的负载量为1％～5％。此专利在催化臭氧氧化过程中由于有效成分溢出，会造成金属离子铈进入水体，进而会造成水体的二次污染。

中国专利CN 109908934 A公开一种用于臭氧催化氧化反应的催化剂及其制备方法，所述催化剂包括复合载体和活性金属组分，以贵金属为活性金属组分，复合载体包括活性炭和碱式碳酸盐。所述制备方法为将活性炭与可溶性有机盐溶液混合，混合均匀后向得到物料A中引入碳酸盐溶液或者碱性溶液，得到物料B经固液分离、干燥、焙烧后得到物料C；物料C与水混合后通入二氧化碳气体进行反应，冷却后固液分离，将分离得到的固相进行干燥、焙烧得到复合载体材料，最后浸渍活性金属和任选的助剂组分，经干燥、焙烧得到催化剂。此专利中贵金属催化剂虽然稳定性好、寿命长，还有大量的氧吸附位，表面反应进行时能快速发生烃吸附和氧活化，但由于其成本高昂，不易回收，重金属离子溶解到溶液中还会造成二次污染，且在大多数情况下贵金属元素在实验中并未起到活性中心的作用，因此这些都限制了其在催化臭氧氧化降解有机污染物方面的发展。

目前，亟需提供一种催化活性高、对环境友好、易于制备的用于催化臭氧氧化的钙基催化剂。

发明内容