[发明专利]一种Fe/Ce共掺杂MnO2

说明书

本发明公开了一种Fe/Ce共掺杂MnO₂催化剂的制备方法及应用，包括以下步骤：S1：按照摩尔比称取一定质量的高锰酸钾和硫酸锰分别溶于等体积水溶液中，配制成高锰酸钾溶液A和硫酸锰溶液B；S2：称取一定质量的溶剂Ⅰ、溶剂Ⅱ，加入到硫酸锰溶液B中，形成混合溶液C；S3：将混合溶液C缓慢滴加至高锰酸钾溶液A中，滴加完成后，在25℃下进行磁力搅拌；S4：最终制备得到含Fe与Ce共掺杂的MnO₂催化剂；本发明制备Fe/Ce‑MnO₂催化剂的制备方法简单，制备出的Fe/Ce‑MnO₂催化剂催化活性强，对焦化废水尾水中难降解喹啉有机污染物的去除率最高能达到95％以上，表现出优异的催化性能，实现焦化废水尾水的达标排放。

技术领域

本发明涉及催化剂水处理领域，具体是一种Fe/Ce共掺杂MnO₂催化剂的制备方法及应用。

背景技术

目前，国内外焦化废水处理一般采用生物处理工艺，能有效去除水中大部分COD。然而，尾水中COD_Cr浓度仍高达120-200mg/L，含有大量的难生物降解的持久性有机物(含氮杂环化合物、苯系物等)，致使焦化废水尾水难以达到排放或回用的要求。喹啉是其中的典型含氮杂环有机物，难以经生化处理工艺降解而大量存在于焦化废水尾水中。该种物质具有潜在的致癌、致畸、致突变风险，一旦进入水体，会对生态环境造成严重的不利影响^[14-16]。因此，迫切需要开发焦化废水尾水中喹啉类污染物的高效去除技术与方法。

当前，焦化废水尾水处理的方法有絮凝沉淀法、高级氧化法和膜分离工艺。絮凝沉淀操作简单，运行成本低，但是去除效率低。膜分离工艺虽然去除效果较好，但是尾水中的有机污染物容易导致膜污染，堵塞膜孔，缩短膜组件的寿命，导致运行成本高。因此，焦化废水尾水处理常采用高级氧化技术，包括芬顿氧化、电化学氧化、臭氧氧化、臭氧催化氧化技术等。芬顿氧化技术在氧化过程中需要提供大量的H₂O₂，对pH的要求比较严格，产生的化学污泥需要二次处理，并且需要与其他技术进行耦合才能达到较好的处理效果，经济成本也较大。电化学虽然处理有机污染物较为迅速，但该技术在氧化过程中使用的电极消耗过大，导致能耗较多。单独使用臭氧氧化技术，通常不能彻底使尾水中的有机污染物彻底矿化，处理能力有限。然而，臭氧与催化剂联合使用的催化臭氧化技术，反应速率快，有效去除这些有机污染物，同时还能起到脱色、除臭、杀菌的作用，从而得到广泛应用。

采用催化活性高的贵金属系列催化剂，进行催化臭氧氧化处理焦化废水尾水，虽然效果较好好，但是价格昂贵，难以大规模工业化应用。金属锰元素价态多变，容易发生电子转移进而发生氧化还原反应，而且廉价易得，所以锰氧化物在催化臭氧氧化处理有机废水方向有很大的应用前景。锰氧化物催化臭氧氧化体系中，由于MnO₂表面羟基含量高，具有较高的电子转移能力，从而能够更好的分解臭氧，产生更多自由基氧化分解有机物污染物，表现出比Mn₂O₃和Mn₃O₄更强的催化活性。提高MnO₂的催化活性与稳定性，主要方法有前驱物优化、稀土金属和过渡金属元素掺杂、载体改性、离子掺杂等措施，均取得了一定的进展。因此，综合考虑处理效果、经济效益、技术发展前景等各方面因素，研制和开发一种制备方法简单、催化活性高、绿色环保、成本低的MnO₂基改性催化剂，应用于高效处理焦化废水尾水中的喹啉有机污染物，成为本领域的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe/Ce共掺杂MnO₂催化剂的制备方法及应用，使其制备Fe/Ce共掺杂的MnO₂催化剂的方法简单，催化活性高，应用于处理焦化废水尾水中的喹啉有机污染物，对喹啉的降解效果好，实现焦化废水尾水的达标排放。

为实现上述目的，本发明的一种Fe/Ce共掺杂MnO₂催化剂的制备方法及应用的具体技术方案如下：