[发明专利]陶瓷催化膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种陶瓷催化膜及其制备方法与应用，其中，所述陶瓷催化膜包括：陶瓷膜；锰系复合金属氧化物，所述锰系复合金属氧化物负载在所述陶瓷膜的表面和/或膜孔内，并且所述锰系复合金属氧化物包括铈、铁和钴中的至少之一。由此，该陶瓷催化膜具有高效的臭氧催化性能，提高了臭氧利用率，将其应用于处理臭氧难降解污染物上，可以有效提高对臭氧难降解污染物的去除效果，降低臭氧投加量，从而降低实际运行成本。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种陶瓷催化膜及其制备方法与应用。

背景技术

非均相臭氧催化氧化技术通过在水中投加催化剂，促进臭氧分解产生羟基自由基(·OH)，从而提高臭氧利用率，降低运行能耗，是制备高品质再生水和保障再生水回用安全的重要技术。但由于该过程催化剂分散在水中，存在催化剂回收困难及团聚的问题。陶瓷催化膜通过将催化剂负载在陶瓷膜上，不仅有效解决了上述问题，还实现了膜过滤和催化臭氧化的协同作用，受到了研究者的广泛关注。此外，陶瓷催化膜较高的化学稳定性和较大的比表面积，使其在臭氧催化氧化中作为“纳米反应器”，提高了污染物到达活性位点的传质速率及陶瓷催化膜的催化性能。

以往的研究主要集中在单一的金属氧化物作为催化剂负载陶瓷膜，其中氧化锰改性的陶瓷催化膜研究较多，但实际二级出水的成分复杂，单一的金属氧化物改性的陶瓷催化膜臭氧利用效率有限，臭氧投加量增加，运行成本增加，不能满足实际工程的要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种陶瓷催化膜及其制备方法与应用，该陶瓷催化膜具有高效的臭氧催化性能，提高了臭氧利用率，将其应用于处理臭氧难降解污染物上，可以有效提高对臭氧难降解污染物的去除效果，降低臭氧投加量，从而降低实际运行成本。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种陶瓷催化膜。根据本发明的实施例，所述陶瓷催化膜包括：

陶瓷膜；

锰系复合金属氧化物，所述锰系复合金属氧化物负载在所述陶瓷膜的表面和/或膜孔内，并且所述锰系复合金属氧化物包括铈、铁和钴中的至少之一。

根据本发明实施例的陶瓷催化膜，通过将包括铈、铁和钴中的至少之一的锰系复合金属氧化物负载在陶瓷膜的表面和/或膜孔内，锰系复合金属氧化物表面的多种氧化还原电子对协同作用，增加了陶瓷催化膜表面的氧空穴含量和电子转移速率，进而促进臭氧分解产生羟基自由基和超氧阴离子来降解臭氧难降解污染物。在此过程中，羟基自由基是主要的活性氧物种，超氧阴离子也参与了该过程。由此，本申请的陶瓷催化膜具有高效的臭氧催化性能，提高了臭氧利用率，将其应用于臭氧难降解污染物上，可以有效提高对臭氧难降解污染物的去除效果(相对单一金属氧化物的陶瓷催化剂去除效果提高了50％，去除率99％)，降低臭氧投加量，从而降低实际运行成本。

另外，根据本发明上述实施例的陶瓷催化膜还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述陶瓷膜的膜孔孔径为100～900nm。由此，可以有效提高对臭氧难降解污染物的去除效果。

在本发明的一些实施例中，所述陶瓷膜的过滤面积为0.01～0.1m²。由此，可以有效提高对臭氧难降解污染物的去除效果。

在本发明的一些实施例中，基于1g的所述陶瓷膜，所述锰系复合金属氧化物的负载量为0.4～0.6mg。由此，可以有效提高对臭氧难降解污染物的去除效果。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述陶瓷催化膜方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将包括锰盐和辅盐的第一前驱体负载在陶瓷膜上后进行陈化，其中，所述辅盐包括铈盐、铁盐和钴盐中的至少之一；