申请日2012.03.21
公开(公告)日2012.08.08
IPC分类号B01J23/89; C02F103/30; C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种用于微波降解印染废水的催化剂及其制备方法。该催化剂以活性氧化铝为载体，稀土金属为助催化组分，贵金属和过渡金属作为活性组分;其中载体质量与担载的稀土金属氧化物、贵金属和过渡金属氧化物的质量比为100∶(0.2-2.5)∶(0.1-0.5)∶(0.3-3.5)。将预处理后的载体浸渍于稀土金属盐溶液、贵金属盐溶液和可溶性过渡金属盐溶液中，自然风干热处理后焙烧，即得复合金属催化剂。本发明所制得催化剂机械强度高，制备方法简单易行，操作方面，适用于微波条件下的催化氧化，能提高催化氧化反应速率，快速降低印染废水的色度，提高废水可生化性。
权利要求书
1.一种用于微波降解印染废水的催化剂，其特征在于以活性氧化铝为载体，稀 土金属为助催化组分，贵金属和过渡金属作为活性组分;其中载体质量与担载的 稀土金属氧化物、贵金属和过渡金属氧化物的质量比为100∶(0.2-2.5)∶(0.1-0.5)∶ (0.3-3.5)。
2.一种制备如权利要求1所述催化剂的方法，其具体步骤如下：
(1)将载体预处理后待用;所述的载体为活性氧化铝;
(2)将预处理后载体浸渍入稀土金属盐溶液，混匀、自然风干热处理后于马 弗炉中焙烧;
(3)将步骤(2)中焙烧后的载体浸渍于贵金属盐溶液中，混匀后自然风干后 热处理，得负载贵金属的前驱体;
(4)将步骤(3)负载贵金属的前驱体置于氮气气氛中，高温热解后在氢气下 还原自然冷却，得到贵金属催化剂;
(5)将步骤(4)制得的贵金属催化剂浸渍于过渡金属盐溶液，风干热处理， 后于马弗炉中焙烧得用于微波降解印染废水的复合金属催化剂;控制复合金属催 化剂中载体质量与担载的稀土金属氧化物、贵金属和过渡金属氧化物的质量比为 100∶(0.2-2.5)∶(0.1-0.5)∶(0.3-3.5)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述稀土金属盐溶液质 量浓度为1%-8%，步骤(3)所述贵金属盐溶液质量浓度0.5%-2%，步骤(5) 中所述可溶性过渡金属盐溶液质量浓度为2%-10%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述稀土金属溶液为：镧或铈的硝 酸盐溶液;所述的贵金属溶液为铂或钯的氯化物盐溶液;所述的过渡金属盐溶液 为铁、镍、铜、锌或锰的硝酸盐或者是铁、镍、铜、锌或锰的硫酸盐的一种或几 种溶液的混合溶液。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)、步骤(3)和步骤 (5)中所述的热处理条件均为在烘箱中升温至80-120℃，加热时间均为1-3h。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述的焙烧升温速率为 5-10℃/min，焙烧温度为350℃-450℃，焙烧时间为2-4h;步骤(5)中所述的焙 烧升温速率为5-10℃/min，焙烧温度为300℃-600℃，焙烧时间为2-4h;步骤(4) 中所述高温热解温度为300℃-400℃，时间为2-4h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：载体的预处理为先用去离子水清 洗表面后再在超声下用去离子水浸泡清洗;再以酸溶液浸泡8-12h后用去离子水 浸泡超声清洗后，热处理烘干后焙烧。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的超声条件为频率20-80kHz，超 声时间为5-30min;所述的酸溶液为盐酸溶液或硝酸溶液，酸溶液体积浓度为 0.5%-5%;所述热处理烘干为在烘箱中升温至80-120℃，加热时间为1-3h;所述 的焙烧温度为400-600℃，焙烧温度保持时间为2-4h。
说明书
一种用于微波降解印染废水的催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理催化剂制备技术领域，特别是涉及一种用于微波降解印 染废水的催化剂及其制备方法。
背景技术
随着工业的迅猛发展，涌现出众多水处理方法。其中高级氧化技术以其使用 范围广、处理效率高、反应速度快、二次污染少等特点受到了国内外学者的青睐。 由于微波具有加热高效快速、可进行选择性加热、便于控制、设备体积小且无废 物生成等特性，已逐渐应用于废水、废气、固体废弃物的处理及环保材料的研制 和环境监测等方面。
微波催化氧化技术作为一种发展起来的废水处理新方法，利用微波能选择 性加热，可使磁性物质产生“热点”，降低反应活化能、加速污染物的去除，短 时高效，尤其对难处理的有机污染物效果更佳，已成为最近高级氧化技术中研究 的热点。催化剂作为催化氧化反应的核心，研究开发适用于微波催化体系的高效 催化剂是提高和扩展微波催化氧化技术的关键。
同时，为提高废水中污染物的降解速率和微波利用率，使催化剂大量吸收 微波能量，选择能强烈吸收微波的物质作为催化剂组分是提高污染物降解的关键 因素。此外，减少活性组分流失，提高催化剂机械强度和利用率也是需要重视的 问题。
目前，张金生采用活性炭作为吸收辐射的物质处理含油废水，但活性炭的机 械强度不高，在微波作用下易产生烧结;中国专利CN101073773A纳米级催化 剂虽然分散性能良好，但也存在以碳源为载体，纳米材料不易分离回收、不能循 环使用的不足。中国专利CN1765494A采用可溶性盐溶液与具有网络结构的凝 胶聚合物配体复合、热解煅烧得到复合泡沫状催化剂，制备工艺较复杂，且能耗 和成本较高。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的不足而提供一种用于微波降解印染废水 的催化剂，本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法。
本发明的技术方案为：一种用于微波降解印染废水的催化剂，其特征在于以 活性氧化铝为载体，稀土金属为助催化组分，贵金属和过渡金属作为活性组分; 其中载体质量与担载的稀土金属氧化物、贵金属和过渡金属氧化物的质量比为 100∶(0.2-2.5)∶(0.1-0.5)∶(0.3-3.5)。
本发明还提供了上述催化剂的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将载体预处理后待用;所述的载体为活性氧化铝;
(2)将预处理后载体浸渍入稀土金属盐溶液，混匀、自然风干热处理后于马弗 炉中焙烧;
(3)将步骤(2)中焙烧后的载体浸渍于贵金属盐溶液中，混匀后自然风干后热 处理，得负载贵金属的前驱体;
(4)将步骤(3)负载贵金属的前驱体置于氮气气氛中，高温热解后在氢气下还 原自然冷却，得到贵金属催化剂;
(5)将步骤(4)制得的贵金属催化剂浸渍于过渡金属盐溶液，风干热处理，后 于马弗炉中焙烧得用于微波降解印染废水的复合金属催化剂;控制复合金属催化 剂中载体质量与担载的稀土金属氧化物、贵金属和过渡金属氧化物的质量比为 100∶(0.2-2.5)∶(0.1-0.5)∶(0.3-3.5)。
优选所述稀土金属盐溶液质量浓度为1%-8%，步骤(3)所述贵金属盐溶液 质量浓度0.5%-2%，步骤(5)中所述可溶性过渡金属盐溶液质量浓度为2%-10%。 优选所述稀土金属溶液为：镧(La)或铈(Ce)的硝酸盐溶液;所述的贵金属溶液为 铂(Pt)或钯(Pd)的氯化物盐溶液;所述的过渡金属盐溶液为铁、镍、铜、锌 或锰的硝酸盐或者是铁、镍、铜、锌或锰的硫酸盐的一种或几种溶液的混合溶液。 一般等体积浸渍即可获得所需要的负载量。
优选上述步骤(2)、步骤(3)和步骤(5)中所述的热处理条件均为在烘箱 中升温至80-120℃，加热时间为1-3h。
优选步骤(2)所述的焙烧升温速率为5-10℃/min，焙烧温度为350℃-450 ℃，焙烧时间为2-4h;步骤(5)中所述的焙烧升温速率为5-10℃/min，焙烧温 度为300℃-600℃，焙烧时间为2-4h;步骤(4)中所述高温热解温度为300℃ -400℃，时间为2-4h。
载体的预处理为清洗、烘干和焙烧;具体为先用去离子水清洗表面后再在超 声下用去离子水浸泡清洗;再以酸溶液浸泡8-12h后用去离子水浸泡超声清洗 后，热处理烘干后焙烧。其中有选所述的超声条件为频率20-80kHz，超声时间 为5-30min;所述的酸溶液为盐酸溶液或硝酸溶液，酸溶液体积浓度为0.5%-5%; 所述热处理烘干为在烘箱中升温至80-120℃，加热时间为1-3h;所述的焙烧温 度为400-600℃，焙烧温度保持时间为2-4h。预处理的作用是去除杂质离子，提 高载体比表面积，提高催化剂稳定性。
有益效果：
本发明是一种经济的、高效制备方法;加入稀土金属，使催化剂金属活性中 心在载体表面分布均匀，具有良好的吸波性能，机械强度高;过渡金属和贵金属 混合，降低了金属流失。在微波催化反应中能促进羟基自由基的产生，促进污染 物的降解;本方法具有经济、高效，系统稳定性好，安全性高，易操作，便于工 业放大等优点。