公开(公告)日2017.07.21
IPC分类号B01J23/10; C02F1/78
摘要
本发明公开了用于处理污水的稀土负载催化剂及其制备方法和应用以及臭氧催化氧化处理污水的方法。本发明稀土催化剂包括改性活性炭载体，负载于改性活性炭上的稀土复合活性组分;所述稀土复合活性组分由氧化镧和氧化钆组成。本发明方法制得的稀土催化剂具有反应活性高，性能稳定，回收性好等特点;同时，本发明制备方法工艺简单，易于大规模工业化生产。采用该稀土催化剂通过臭氧催化高级氧化技术可实现难降解有机废水高效去除，运行简单，维护方便，具有良好的经济效益和社会效益。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于处理 污水的稀土负载催化剂，其特征在于，所述稀土负载催化剂包括改性活性炭载体，以及负载于所述改性活性炭载体的稀土金属氧化物;
其中，所述稀土金属氧化物为氧化镧和氧化钆。
2.权利要求1所述的稀土负载催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(a)将活性炭浸渍于硫酸和氯化锌复配溶液混合中，然后干燥洗涤，得到改性活性炭;
(b)将氧化镧和氧化钆依次与盐酸和氢氧化钠溶液反应，得到稀土活性组分混合液;
(c)将改性活性炭加入稀土活性组分混合液中并混合，然后过滤、洗涤、干燥，得到固体粉末，将所得固体粉末煅烧，得到稀土负载催化剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中改性活性炭的制备包括如下步骤：
将硫酸和氯化锌溶液混合制备复配溶液，将活性炭浸渍于复配溶液中，并在室温下超声振荡6～18h;然后，将浸渍后的活性炭过滤，并用去离子水洗涤至表面呈中性;将洗涤后活性炭在100～120℃条件下干燥6～12h，研磨过筛，即得改性活性炭。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中稀土活性组分混合液的制备包括如下步骤：
将氧化镧和氧化钆粉体与盐酸混合后，加热反应;然后，加入表面活性剂，充分搅拌混合;然后，加入蒸馏水，并冷却至室温;在搅拌条件下加入氢氧化钠溶液，使得体系的pH达到8～10，继续搅拌反应1～2h，得到稀土氢氧化物悬浮液，即为稀土活性组分混合液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化镧与氧化钆的摩尔比为(1～2)：(1～2)。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为3～5mol/L;
和/或，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～1.5mol/L;
和/或，所述表面活性剂为PEG20000。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中固体粉末的制备包括如下步骤：
将改性活性炭分散于稀土活性组分混合液中，然后超声1～3h至混合完全;将所得混合溶液真空过滤，并将沉淀物以蒸馏水洗涤至pH为7;将洗涤后沉淀物在80～90℃下干燥8～12h，得到固体粉末。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中所述煅烧包括如下步骤：
在气体保护条件下，将固体粉末置于管式炉中，然后将管式炉由室温逐渐升温至550～600℃，并保温2～3h;然后自然降温至室温，即得所述稀土负载催化剂。
9.一种臭氧催化氧化处理污水的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1所述稀土负载催化剂。
10.根据权利要求2-8中任一项所述方法制得的稀土负载催化剂在污水处理中的应用。
说明书
用于处理污水的稀土负载催化剂及其制备方法和应用以及臭氧催化氧化处理污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及用于处理污水的稀土负载催化剂及其制备方法和应用以及臭氧催化氧化处理污水的方法。
背景技术
催化臭氧氧化技术通过在碱性条件下产生氧化性极强的自由基，尤其是羟基自由基与有机污染物发生取代、断键、加成等作用，将难降解有机大分子物质分解成无毒或微毒的无机物质，从而使废水能够达标排入环境。
然而，这种备受青睐的无二次污染技术同时也存在一定的应用局限性，例如：(1)目前国内外对臭氧催化剂的研究主要是单组份催化剂，而负载型复合催化剂的研究较少;(2)在使用金属氧化物作为催化剂进行非均相催化氧化降解有机废水后，难以将金属氧化物分离回收。
至今，国内外的学者已经发现稀土元素有着多方面的催化和助催化能力，目前已有占世界总产量四分之一的稀土元素用于制备催化剂。稀土催化剂一般具有稳定性好、选择性高、加工周期短等优点。
稀土金属氧化物对催化臭氧降解有机物有明显的促进作用，同时负载型催化剂具有良好的回收性和稳定性，而且在催化臭氧降解污染物的过程中不会发生金属离子溶出的问题，减少了二次污染的可能性。因此，将二者优势结合的负载型稀土氧化物催化剂将是一种具有前景的催化臭氧氧化催化剂。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于处理污水的稀土负载催化剂，所述负载催化剂能够有效催化臭氧氧化处理污水，提高污水处理效率;同时，本发明催化剂具有良好的稳定性，能够反复使用，不会带来二次污染，具有良好的应用前景。
本发明的第二目的在于提供一种所述稀土负载催化剂的制备方法，本发明方法制备步骤简易，适于大规模工业化生产稀土负载催化剂。
本发明的第三个目的在于提供一种臭氧催化氧化污水处理的方法，本发明方法中，使用本发明稀土负载催化剂进行反应催化，能够有效提高污水的氧化处理效率，同时还不会带来污染。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种用于处理污水的稀土负载催化剂，所述稀土负载催化剂包括改性活性炭载体，以及负载于所述改性活性炭载体的稀土金属氧化物;
其中，所述稀土金属氧化物为氧化镧和氧化钆。
同时，本发明还提供了所述稀土负载催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
(a)将活性炭浸渍于硫酸和氯化锌复配溶液混合中，然后干燥洗涤，得到改性活性炭;
(b)将氧化镧和氧化钆依次与盐酸和氢氧化钠溶液反应，得到稀土活性组分混合液;
(c)将改性活性炭加入稀土活性组分混合液中并混合，然后过滤、洗涤、干燥，得到固体粉末，将所得固体粉末煅烧，得到稀土负载催化剂。
可选的，本发明中，步骤(a)中改性活性炭的制备包括如下步骤：将硫酸和氯化锌溶液混合制备复配溶液，将活性炭浸渍于复配溶液中，并在室温下超声振荡6～18h;然后，将浸渍后的活性炭过滤，并用去离子水洗涤至表面呈中性;将洗涤后活性炭在100～120℃条件下干燥6～12h，研磨过筛，即得改性活性炭。
可选的，本发明中，步骤(b)中稀土活性组分混合液的制备包括如下步骤：将氧化镧和氧化钆粉体与盐酸混合后，加热反应;然后，加入表面活性剂，充分搅拌混合;然后，加入蒸馏水，并冷却至室温;在搅拌条件下加入氢氧化钠溶液，使得体系的pH达到8～10，继续搅拌反应1～2h，得到稀土氢氧化物悬浮液，即为稀土活性组分混合液。
可选的，本发明中，所述氧化镧与氧化钆的摩尔比为(1～2)：(1～2)。
可选的，本发明中，所述盐酸的浓度为3～5mol/L;
和/或，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～1.5mol/L;
和/或，所述表面活性剂为PEG20000。
可选的，本发明中，步骤(c)中固体粉末的制备包括如下步骤：将改性活性炭分散于稀土活性组分混合液中，然后超声1～3h至混合完全;将所得混合溶液真空过滤，并将沉淀物以蒸馏水洗涤至pH为7;将洗涤后沉淀物在80～90℃下干燥8～12h，得到固体粉末。
可选的，本发明中，步骤(c)中所述煅烧包括如下步骤：在气体保护条件下，将固体粉末置于管式炉中，然后将管式炉由室温逐渐升温至550～600℃，并保温2～3h;然后自然降温至室温，即得所述稀土负载催化剂。
进一步的，本发明还提供了一种污水处理的方法，所述方法使用本发明所述稀土负载催化剂。
同样的，本发明也提供了一种由本发明方法制得的稀土负载催化剂在处理污水中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明稀土负载催化剂稳定性好，而且具有较高的催化效率，是一种高效、经济且实用的稀土催化剂，同时也能够有效提高污水高级氧化处理效率;
(2)本发明方法原料价格较低，而且制备方法便捷，适于工业化大规模制备稀土负载催化剂，同时也利于更低廉的稀土催化剂在臭氧催化高级氧化处理污水技术中的应用。