[发明专利]一种高稳定性邻位双功能催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种适用于水处理的高稳定性邻位双功能催化剂及其制备方法和在催化氧化去除水中有机污染物中的应用。制备方法包括：将活性炭、氢氧化铝和活性氧化铝经磨碎后混合均匀；将所得粉料加入料斗，喷助剂水溶液，滚动成球，制备邻位双功能催化剂载体，用微波定孔并烘干成型；将所得载体与金属盐溶液混合后，在微波辅助并搅拌的条件下，调节pH＝10～14，煮沸，降至室温后，经固液分离、洗涤、干燥、静置，制备得邻位双功能催化剂前驱体；将所得前驱体在惰性气体中于500‑1000℃焙烧，冷却，经陈化、水洗、烘干，即得高稳定性邻位双功能催化剂。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种适用于水处理的高稳定性邻位双功能催化剂及其制备方法和在催化氧化去除水中有机污染物中的应用。

背景技术

臭氧具有很强的氧化能力，可用于降解水中的有机污染物，但是矿化有机物的速率小、能力弱，即无法高效去除水中的化学耗氧量(Chemical Oxygen Demand，缩写为COD，反映水中有机物浓度的综合指标)。为克服以上缺点，人们研究并利用催化臭氧氧化技术，提高有机物的降解速率和程度，使之矿化，达到去除COD的目的。其原理是：臭氧在催化剂的作用下产生活性极强的自由基，如羟基自由基、超氧自由基，把水中有机物降解为小分子有机物，进一步氧化成CO₂、H₂O和其他无机物。

用于处理水的催化技术按照催化剂的形态的不同，可分为均相催化和非均相催化。均相催化的催化剂溶于水中，以离子态在水中起催化反应作用；非均相催化以固态形式向水中的催化反应提供活性中心，使得催化剂容易回收，可反复利用。在公布号为CN113398959A的专利技术中，公开了一种用于水处理的非负载型含氟蜂窝陶瓷催化剂及其制备和应用，该发明技术利用氟硅铝矿物或化合物合成蜂窝陶瓷，在蜂窝陶瓷内外表面构筑大量的Si-F和Al-F化学键以提供丰富的表面羟基和酸性位，显著促进臭氧分子转化为自由基，有效增强了催化剂的反应活性。用于催化臭氧氧化反应的固体催化剂通常是负载型催化剂，即以铁、锰、铜、钛、银等金属元素为活性组分负载在氧化铝和活性炭等载体上。在公布号为CN106000380A的专利技术中，公开了一种负载型臭氧催化剂及其制备与使用，该发明技术通过在颗粒活性炭表面负载纳米氧化锌制备催化剂，既保留了活性炭的吸附特性，又在该活性炭中负载了具备臭氧催化活性的纳米氧化锌微粒，具有工艺流程简单，催化剂易与水分离而便于回收的优点。

但负载型催化剂普遍存在两个问题：

1、使用过程中载体会粉化、活性组分流失，导致二次污染的问题；

2、产生的强氧化自由基由于链式反应会产生氧化能力不足的双氧水(H₂O₂)，双氧水还会大量消耗强氧化自由基，从而导致催化降解有机物效率降低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种用于水处理的高稳定性邻位双功能催化剂的制备方法。

一种适用于水处理的高稳定性邻位双功能催化剂的制备方法，按质量份数计，所述高稳定性邻位双功能催化剂的原料组成包括：活性炭0.2-2份、氢氧化铝10-20份、活性氧化铝70-80份、金属盐5-45份以及助剂0.1-5份；所述金属盐包括可溶性锰盐、可溶性锌盐中的至少一种和可溶性钙盐、可溶性三价铁盐；

所述制备方法包括步骤：

(1)活性炭、氢氧化铝和活性氧化铝经磨碎后混合均匀；

(2)将步骤(1)所得粉料加入料斗，喷助剂水溶液，滚动成球，制备邻位双功能催化剂载体，用微波定孔并烘干成型；

(3)将步骤(2)所得载体与金属盐溶液混合后，在微波辅助并搅拌的条件下，调节pH＝10～14，煮沸，降至室温后，经固液分离、洗涤、干燥、静置，制备得邻位双功能催化剂前驱体；