申请日2010.07.19
公开(公告)日2010.11.17
IPC分类号B01J23/06; C02F1/78
摘要
一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法，本发明给出了纳米催化剂的制备方法和使用方法，属于水处理和环境催化技术领域。通过简便的沉淀法获得了纳米氧化锌，将其作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中，促进苯酚类有机污染物的降解，在此基础上提出了一种新型的臭氧化水处理方法。纳米氧化锌具有尺度小、分散好、稳定性好的特点，在臭氧化水处理中具有广阔的应用前景。
摘要附图
权利要求书
1.一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于将纳米氧化锌作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中，促进苯酚类有机污染物的降解，步骤为：
(1)氧化锌纳米材料的制备：向0.50mol/L的乙酸锌水溶液中滴加6.0mol/L的氨水直至pH为10左右，在此过程中溶液先由澄清透明变为粘稠的乳白色悬浊液，然后又变为澄清透明的溶液，继续搅拌72h后出现白色沉淀，将白色沉淀用去离子水洗涤数次后烘干并在150-300℃下煅烧2h，即可获得氧化锌纳米材料;
(2)臭氧化水处理：将纳米氧化锌作为催化剂加入到臭氧化水处理体系中，开动搅拌，通入臭氧，开始降解水中有机污染物;
(3)纳米氧化锌的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳米氧化锌分离出来，用于下一次的催化过程。
2.根据权利要求1所述的以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法，添加催化剂的量与所处理废水的质量之比为0.0005-0.002。
说明书
以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法
技术领域
本发明属于水处理和环境催化领域，涉及一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法。
背景技术
在当前的工业生产过程中，有机物废水的排放量越来越大，其中有机物大多有毒性且难降解，对生态环境及人类的健康所带来的污染与威胁也日益严重.化学氧化方法是针对污水中有机污染物浓度低且缺乏回收利用价值的情况，利用氧化剂在不带来新的污染的条件下将有机物氧化降解从而消除污染的化学方法。O3具有较强的氧化性(En=2.07V)，方便产生，且臭氧化过程条件温和、操作简便，对有机物的氧化降解较彻底，因而在水处理中具有较好的前景。但有些有机物稳定性很高，如芳香类和稠环类化合物等，在单独臭氧化这些有机物时降解效率较低。催化臭氧化是利用催化剂在常温下强化臭氧氧化的高级氧化过程，对有机物的氧化降解更加彻底且效率较高，在有机物废水的处理研究中日益受到重视。
催化臭氧化可分为均相催化和多相催化，催化臭氧化可分为均相催化和多相催化，其中多相催化是指通过固相催化剂的表面发生催化作用，催化剂活性组份主要包括金属氧化物、贵金属、活性碳、多孔陶瓷、沸石材料等，该类催化剂可以多次使用、避免了二次污染，因而备受青睐。
纳米催化剂因为其尺度小、分散性好、比表面积大将有助于提高催化剂的催化效率、降低催化剂的投入量。与此同时，纳米催化剂表面能高、表面原子所占比例大，具备与体相材料不同的特殊表面结构，有可能显示出特异的催化性能，因此在催化臭氧化的研究中也越来越受到重视。在催化臭氧化中，研究最多的纳米催化剂组分是过渡金属氧化物。
目前，对于氧化锌纳米材料在催化臭氧化中的应用有了一定的研究，但研究范围仍不够广泛。H.Jung等研究了纳米氧化锌在不同实验条件对于臭氧化降解p-CBA的催化效果的影响，发现氧化锌的加入促进了臭氧到羟基自由基的转变(Haeryong Jung，Heechul Choi，Appl.Catal.B：Environ.2006，66，288～294);W.J.Huang等研究了纳米氧化锌颗粒催化臭氧化降解2，4，6三氯苯酚的效果，发现随着尺度减小，其催化效果有所提高，机理研究表明氧化锌的加入促进了臭氧到羟基自由基的转变(Huang WJ，Fang GC，Wang CC，Colloids Surf.A：Physicochem.Eng.Aspects 2005，260，45～51);我们研究小组曾经制备了纳米氧化锌作为臭氧化纳米催化剂(中国专利，公开号：CN101759278A)。上面的研究说明氧化锌纳米材料作为臭氧化催化剂具有一定的可行性。
发明内容
本发明是在上述研究的基础上，开发高效、稳定的氧化锌纳米催化剂及其制备方法和催化臭氧化使用方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
(1)氧化锌纳米材料的制备：向0.50mol/L的乙酸锌水溶液中滴加6.0mol/L的氨水直至pH为10左右，在此过程中溶液先由澄清透明变为粘稠的乳白色悬浊液，然后又变为澄清透明的溶液，继续搅拌72h后出现白色沉淀，将白色沉淀用去离子水洗涤数次后烘干并在150-300℃下煅烧2h，即可获得氧化锌纳米材料。
(2)臭氧化水处理：将纳米氧化锌作为催化剂加入到臭氧化水处理体系中，开动搅拌，通入臭氧，开始降解水中有机污染物;
(3)纳米氧化锌的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳米氧化锌分离出来，用于下一次的催化过程。
在实验探索中，我们发现添加催化剂的量与所处理废水的质量之比为0.0005-0.002时即可达到较好的催化效果。
本发明的有益效果：采用上述纳米氧化锌作为催化剂后，在相同的臭氧投入量情况下，对污水中有机污染物的降解速率有所加快，矿化程度显著提高。具体提高程度与加入的纳米氧化锌催化剂的量以及反应条件(包括温度、搅拌速率、污染物浓度、臭氧投入量、水体pH等)有关。
与现有处理方法相比较，本发明提出的水处理方法具有显著的特点：
(1)纳米氧化锌颗粒尺度较小，在水中具有较好的分散性，这对于提高与水中污染物、臭氧的接触机会是非常关键的。正是因为如此优势，在使用中较小的投入量即可取得较好的催化效果。
(2)纳米氧化锌具有较好的机械强度，在催化臭氧化条件下显示了较好的稳定性，重复使用多次，催化效果能够得到较好的保持，这对于其实际应用是另一个关键因素。