申请日2013.06.27
公开(公告)日2013.09.04
IPC分类号B01J23/06; C02F1/78
摘要
一种以ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂的臭氧化水处理方法，本发明通过水热的方法制备出ZnAl2O4纳米粒子，并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。该方法属于水处理和环境催化技术领域。所得ZnAl2O4纳米粒子尺度小，在水溶液体系中分散性好，活性高，易分离回收，在臭氧化水处理应用中具有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种以ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于在臭氧化水处理的体系中加入ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂，促进苯酚类有机污染物的降解，步骤为：
(1)ZnAl2O4纳米粒子的制备：将Zn(NO3)2·6H2O，Al(NO3)3·9H2O和尿素溶解于水和乙醇混合液中(V水/V乙醇=1)，其中Zn∶Al∶尿素=1∶2∶20(摩尔比)。搅拌数分钟后转移到反应釜中，在150-220℃下密封保持12-24h，反应完成后自然冷却至室温，去离子水洗涤所得沉淀至中性，干燥产品，得到ZnAl2O4纳米粒子。
(2)臭氧化水处理：将得到的ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂加入到臭氧化水处理体系中，通入臭氧，搅拌，降解水中有机污染物。
2.根据权利要求1所述的以ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于催化剂与所处理废水的质量之比为0.00025-0.002时具有显著的催化降解效果。
说明书
一种以ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂的臭氧化水处理方法
技术领域
本发明提出一种以ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂的臭氧化水处理方法，属于环境催化和水处理领域。
背景技术
当前，随着工农业的迅猛发展，含有机污染物的工业废水和农业废水排放量日益增多。其中许多有机污染物毒性大、难被生物降解，对生态环境和人类健康造成了严重的威胁，因此对于该类有机废水的有效处理引起人们广泛关注。催化臭氧化则是利用催化剂在常温常压下强化臭氧氧化的一种高级氧化过程。研究表明催化反应过程中产生的羟基自由基非常活泼，氧化电位高达2.33V，能降解大多数稳定性高、毒性大和难降解的有机污染物。因此，催化臭氧化降解水中有机污染物的研究日益受到重视。
催化臭氧化可分为均相催化和多相催化。均相催化臭氧化中，催化剂分散在溶液中，难分离回收再利用，因而限制了其处理有机废水。多相催化臭氧化操作方便、氧化能力强，催化剂易回收，克服了均相催化臭氧化中催化剂难分离的缺点，在有机废水处理中应用前景广阔。
近年来，随着纳米材料与纳米技术的研究不断深入，纳米材料制备技术日臻成熟，纳米材料在催化领域的研究引起了人们的广泛关注。纳米催化剂，一方面尺度小、比表面大、分散性好，有利于提高催化臭氧化效率。另一方面，改变纳米催化剂的尺寸，形状、形貌、组成，电子结构以及热和化学稳定性，可获得高活性、高选择性和高稳定性的多相催化剂。因此开发高效的纳米催化剂，能够推进多相催化臭氧化工业化的进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米催化剂的臭氧化水处理方法，降低水污染，提高催化臭氧化的应用价值。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
(1)ZnAl2O4纳米粒子的制备：将Zn(NO3)2·6H2O，Al(NO3)3·9H2O和尿素溶解于水和乙醇混合液中(V水/V乙醇=1)，其中Zn∶Al∶尿素=1∶2∶20(摩尔比)。搅拌数分钟后转移到反应釜中，在150-220℃下密封保持12-24h，反应完成后自然冷却至室温，去离子水洗涤所得沉淀至中性，干燥产品，得到ZnAl2O4纳米粒子。
(2)臭氧化水处理：将得到的ZnAl2O4纳米粒子作为催化剂加入到臭氧化水处理体系中，通入臭氧，搅拌，降解水中有机污染物。
(3)不同催化剂量的臭氧化效果：通过比较催化剂的用量，发现催化剂与所处理 废水的质量之比为0.00025-0.002时具有显著的催化降解效果。催化剂量越多，有机物降解效果越理想。
本发明的有益效果：以Zn(NO3)2·6H2O，Al(NO3)3·9H2O和尿素为原料，通过水热的方法，合成出ZnAl2O4纳米粒子，将其作为臭氧化催化剂，较单独臭氧化，催化臭氧化使污水中有机污染物的降解速率明显加快，矿化程度明显提高。与现有臭氧化水 处理催化剂相比较，本发明具有显著的特点：
(1)ZnAl2O4的制备方法操作简单，原料易得，合成过程周期短，无毒无污染。
(2)ZnAl2O4纳米粒子在水中具有良好的分散性，有利于提高与臭氧、水中污染物的接触。因此在使用过程中，较小的投入量即可取得较好的催化效果。
(3)ZnAl2O4纳米粒子对水中苯酚的吸附性能非常微弱，其催化作用主要来自催化剂表面与臭氧作用，促进臭氧的分解产生羟基自由基，加快苯酚降解，进而提高降解效率。