[发明专利]一种氧化铝/铝基尖晶石复合材料及其制备方法与催化应用

说明书

本发明提供了一种氧化铝/铝基尖晶石复合材料及其制备方法与催化应用，包括如下步骤：将氧化铝颗粒用水清洗掉表面粉尘与杂质之后烘干；配制好含有铝离子和其他金属离子的混合溶液；将氧化铝颗粒加入到混合溶液之中进行真空浸渍；取出浸渍好的颗粒烘干得到前驱体颗粒；将前驱体进行煅烧得到颗粒状的氧化铝/铝基尖晶石复合材料。该制备方法工艺简单、成本低廉、适合规模化生产，所制得的复合材料具有优异的催化性能，可在从酸性到碱性的广泛pH范围内高效活化过硫酸盐降解有机污染物；同时该复合材料具有合适的粒径和稳定的结构与物理化学性质，可在搅拌桶、固定床和流化床中长期使用，实现有机废水的连续化、长效性催化降解。

技术领域

本发明涉及硫酸根自由基高级氧化工艺(SR-AOPs)中的催化剂制备及应用领域，特别涉及一种氧化铝/铝基尖晶石复合材料及其制备方法与催化应用。

背景技术

随着我国工业、农业的长足发展，大量排放的含有有机污染物的废水所造成的负面影响也是日益增加，因此针对这类废水的处置已成为目前环保领域的关键问题。尽管当前已有多种成熟的物理、化学、生物处置方法，但依然在很多方面难以充分满足高效、经济、安全治理的需求。硫酸根自由基高级氧化工艺(SR-AOPs)是化学法中高级氧化技术中的一类，通过活化过硫酸盐产生具有强氧化性的硫酸根、羟基、超氧阴离子等自由基和单线态氧，可以实现诸多有机污染物的高效降解。因此，近些年来SR-AOPs受到了大量的关注。

催化剂是活化过硫酸盐的主要方法之一，常见的催化剂包括碱、过渡金属离子、过渡金属氧化物、双金属氧化物、非金属材料、天然矿物等。这些催化剂种类繁多，均可在不同程度活化过硫酸盐产生自由基降解有机污染物。但是总体而言，现有催化剂仍然存在诸多不足，如制备工艺复杂、生产成本高、材料稳定性欠佳、难以成型、无法长期连续使用、不适应实际水体的复杂环境、与现有水处理工艺难以搭配使用等，造成了相关催化剂的工作主要停留在实验室研究阶段而很少得以实际应用的现状。

尖晶石型双金属氧化物是一种具有较好实用前景的过硫酸盐催化剂。尖晶石的化学成分为AB₂O₄，其中A和B主要为Fe、Co、Cu、Mg、Al、Mn、Zn、Ti等金属，也可以是两种金属同时占据A位和B位。如MgAl₂O₄、CuCo₂O₄、CoMn₂O₄、ZnFe₂O₄、ZnCo_xFe_2-xO₄等。尖晶石相较为容易合成，并具有较好的物理化学稳定性，有利于减少组分中金属离子的溶出；此外利用双金属之间的协同效应，包括加速电子转移、形成特定活性价键等，可以实现催化效果的叠加和增强。目前，可检索到关于尖晶石型过硫酸盐催化剂中国发明专利有十余条，如CoMn₂O₄(CN202110430616.2)、MnFe₂O₄(CN201910683002.8)、CoFe₂O₄(CN201510928060.4、CN201510928056.8、CN201710844105.9、CN201910034179.5)、ZnCoMnO₄(CN201910727144.X)、硫铜钴矿尖晶石(CN201910181376.X)、钴钛尖晶石(CN202010460190.0)、尖晶石型铁氧体(CN201310006251.6、CN201810233492.7)等，其结构中的B位都是过渡金属。此外，国内外科技论文中也有少量B位为主族金属的报道，如Al，可以形成Co₂AlO₄、ZnAl₂O₄、MgAl₂O₄、MnAl₂O4等尖晶石型过硫酸盐催化剂。