[发明专利]一种高抗湿LDH@石墨烯臭氧分解催化剂的制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种高抗湿LDH@石墨烯臭氧分解催化剂的制备方法及用途，制备方法包括采用两种过渡金属盐与石墨烯混合改性经水热、干燥、煅烧，得到复合材料前驱体；将复合材料前驱体经洗涤、干燥、研磨得到催化剂。得到的催化剂为层状双氢氧化物和石墨烯复合改性的催化剂，具有制备过程简单，反应条件温和，价格低廉的优势，可用于催化臭氧催化分解反应，在低温下实现优异的催化分解性能和高稳定性，并且有高抗湿性能，可应用于高湿度环境中的臭氧催化分解，为臭氧催化降解工艺节能减排提供了新思路。

技术领域

本发明属于新能源化工催化技术领域，具体涉及一种高抗湿LDH@石墨烯臭氧分解催化剂的制备方法及用途。

背景技术

由于臭氧具有氧化、抗菌的特性，在污水净化、食品灭菌等行业中使用臭氧消毒净化会导致臭氧尾气大量的排放，造成农林作物减产及人类身体健康受损。相较于传统的热分解、药剂吸收法等，催化分解臭氧具有高的活性、稳定性、安全、经济等优势，是较为理想的方法。目前应用较多催化剂包括贵金属负载催化剂、活性炭、以及过渡金属锰氧化物等等，但这些催化剂同样面临着实际使用寿命较短，在高湿度条件下性能下降较多的缺点。开发高抗湿性、高稳定性的催化剂一直是臭氧催化降解的难点与挑战。

臭氧催化氧化技术分为均相催化臭氧化和非均相催化臭氧化两类。均相催化臭氧化一般选用过渡金属作为催化剂，如Cr³⁺、Fe²⁺、Cd²⁺等，其催化剂是溶于废水中，与反应物形成均一相，但这种催化方式的缺陷就是催化剂容易流失，造成二次污染。非均相催化臭氧化所用的催化剂主要是金属氧化物和负载在载体上的金属或金属氧化物，如MnO₂、TiO₂、Al₂O₃等，这些物质是固体，不溶于水，避免了均相催化过程中催化剂随水排走的问题，且具有制备工艺简单、易于回收处理、水处理成本较低、活性高等优点，但仍然存在一些问题，例如催化剂的成本高，杂质多，效果低。非均相催化氧化技术已经用于实际废水的处理中，但仍然存在一些问题，例如催化剂的成本高，杂质多，效果低的缺点。对于现有催化剂制备技术而言，其中有一种是负载型臭氧催化剂的制备，该方法将分子筛分散于水中，再添加水溶性稀土金属盐超声搅拌，冷冻干燥之后，在惰性气体下高温焙烧，得到催化剂，该方法使用的原料是分子筛和稀土金属盐，这些原料的成本都比较高，不适用于大批量的生产。其次另外一种用于印染废水生化前处理的负载型臭氧催化剂及制备和应用，该技术在制备臭氧催化剂时将载体和前驱体溶液一起进行焙烧，制得催化剂，所得到的催化剂对废水COD的降解率较低；故减少臭氧催化剂的成本，提高臭氧催化剂对废水的处理效果显得尤为重要。除此之外，一种含铝污泥用作载体的负载型催化剂及其制备方法和应用，提出了在避免Ag、Cu等金属流失的前提下，在对臭氧的催化分解和·OH的产生的效果不是很好，该催化剂应用于臭氧催化时催化剂容易失去活性，其导致催化性能不是很好。

催化剂的活性主要表现在对臭氧的催化分解和·OH的产生，在掺杂了两种过渡金属的LDH材料在与石墨烯复合改性后，其导电性能以及电子传导性能会得到提升，从而其催化性能也有所提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于开发一种既能获得高效催化臭氧分解催化活性又能长时间稳定且抗湿性能好的催化剂及其制备方法与用途，解决现有催化剂反应活性低、成本高、稳定性差和抗湿性能差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明的第一个目的在于提供一种高抗湿LDH@石墨烯臭氧分解催化剂的制备方法，其特征在于包括

(1)采用过渡金属盐和尿素与石墨烯混合改性经水热、干燥、煅烧，得到复合材料前驱体；

(2)将复合材料前驱体经洗涤、干燥、研磨后得到催化剂。

可选地，所述制备双过渡金属-LDH@石墨烯复合改性臭氧分解催化剂的过程包括：(1)将两种不同比例的过渡金属盐溶于去离子水中，并加入一定量的尿素和石墨烯，后在恒