[发明专利]一种基于锰钴复合氧化物纳米颗粒改性陶瓷膜的水处理方法

摘要

本发明涉及一种多相催化臭氧氧化除污染水深度处理技术，针对常规粉末状催化剂不利于实现水相中分离及失活的缺陷，提出一种新型锰钴复合氧化物纳米颗粒催化剂负载陶瓷膜的组装方法。其旨在将多相臭氧氧化与陶瓷膜过滤技术相结合，利用陶瓷膜结构和催化层上的活性组分(MnO₂和Co₃O₄)催化臭氧产生高氧化能力的·OH，有机物可通过直接与分子臭氧反应，或和臭氧分解产生的·OH反应以实现强化去除水中2‑羟基‑4‑甲氧基二苯甲酮等药物及个人护理品类(PPCPs)，同时臭氧可以与水体中的腐殖酸及其他天然有机物(NOMs)反应，有效地控制膜污染的形成。锰钴复合氧化物纳米颗粒负载于陶瓷膜表面，实现了催化剂与水的分离，为催化剂的清洗和多次循环使用提供了新方法。

主权项

1.一种基于锰钴复合氧化物纳米颗粒改性陶瓷膜的水处理方法，其特征在于：锰钴复合氧化物纳米颗粒为MnO2‑Co3O4纳米颗粒，锰钴复合氧化物纳米颗粒改性陶瓷膜旨在将多相催化臭氧氧化技术与陶瓷膜过滤技术相结合，利用负载于陶瓷膜表面催化层上的活性组分MnO2和Co3O4催化臭氧产生高氧化能力的羟基自由基，以实现强化臭氧氧化难降解有机物和防止膜污染的形成，锰钴复合氧化物纳米颗粒的改性可以有效解决粉末纳米催化剂与水的分离问题，为催化剂和陶瓷膜的清洗与循环再利用提供了新方法，锰钴复合氧化物纳米颗粒改性陶瓷膜通过以下几个步骤实现：(1)准确称量13.0973g Co(NO3)2·6H2O和2.3706g KMnO4，分别完全溶解于200mL的去离子水中，使溶质完全溶解，以得到澄清溶液；(2)将Co(NO3)2溶液以每秒2～3滴的速度逐滴加到KMnO4溶液中，同时使用5mol/L NaOH调节混合溶液pH＝7～8，同时以800rpm/min持续搅拌，获得均质的悬浊液；(3)待Co(NO3)2溶液滴加完毕后，混合液继续搅拌1h，以保证反应的完全进行；(4)将上述悬浊液在室温条件下陈化12h；(5)用去离子水清洗、陈化所得固体3～5次，以保证滤液中不含有NO3‑；(6)将上述过滤沉淀物在100℃下鼓风干燥6h，获得干燥粉末；(7)取干燥粉末0.3000g溶于浓度为0.1mmol/L，体积为1L的KNO3溶液中，并将此悬浊液在冰水浴环境中超声30min，使锰钴复合氧化物纳米颗粒均匀分散到溶液中，形成悬浊液；(8)将陶瓷膜浸泡在0.2wt％聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐溶液中15min，用0.01mmol/L NaOH溶液漂洗15s；(9)将上述陶瓷膜继续浸泡在锰钴复合纳米颗粒悬浮液中15min，用0.01mmol/L NaOH溶液漂洗15s，这样在陶瓷膜表面沉积了一层纳米颗粒，重复步骤(8)和(9)，共计80次，直至纳米颗粒负载量满足要求为止；(10)将改性后的陶瓷膜放置在高温马弗炉中灼烧，灼烧温度为450℃，灼烧时间为45min，马弗炉的升温速度为5℃/min，之后自然冷却至室温，即完成锰钴复合氧化物纳米颗粒改性催化陶瓷膜的组装。