[發明專利]一種以氧化鋅納米材料作為催化劑的臭氧化水處理方法

無效

• 申請號: 201010577982.2
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102010055A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 董玉明;賀愛珍;蔣平平
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提出了一種以氧化鋅納米材料作為催化劑的臭氧化水處理方法，屬于水處理和環境催化領域。

背景技術

隨著社會的進步和經濟的發展，人類日益消耗大量的水資源，伴隨著亂砍濫伐以及向環境排入大量污染物，造成了嚴重的水體污染，給生態環境和人民生命安全、健康帶來了極大的威脅。在環境污染中具有重要意義的有機毒物包括有機農藥，多氯聯苯，稠環芳香烴，芳香胺類，雜環化合物，酚類等。許多有機毒物因其“三致效應”(致畸，致突變，致癌)和蓄積作用而引起格外關注。此時，環境友好型廢水處理技術的重要性日益突出。高級氧化技術在氧化過程中利用-OH的高活性能力，使有毒有害難降解的有機物達到完全清除，即使是少量的活性污染物都能達到完全礦化。催化臭氧化是高級氧化技術中的一種，通過催化劑的作用，提高了O₃的分解和-OH的生成速率，使有機物在較短時間內降解、礦化成無毒副作用的CO₂，H₂O和無機物，它不僅有效的利用了臭氧，并且通過自由基反應提高了對有機化合物的處理能力。臭氧化過程一般在常溫常壓條件下就可進行，操作簡便，對難以生化降解的有機物的氧化較徹底，因而在有機物廢處理研究中受到了極高的重視。

催化臭氧化可分為均相催化和多相催化，其中多相催化是指通過固相催化劑的表面發生催化作用，其催化劑活性組份主要包括貴金屬、金屬氧化物、活性碳、多孔材料等，該類催化劑與廢水的分離簡便，并且可以重復使用，因而受到了普遍的關注。

納米科技與多相催化密切相關。因為納米微粒構成的固體催化劑，比表面積大，表面原子多，表面原子活性高，在磁、光、電，傳感器等方面呈現常規材料的不具備的特性，納米粉體材料成本低，用途廣泛，容易批量制備，是一種環境友好型催化劑，在催化臭氧化過程中，現在應用最多的催化劑是過渡金屬納米氧化物。

納米氧化鋅是極少數幾個可以實現量子尺寸效應的氧化物半導體材料之一，不僅是一種重要的光催化劑，而且廣泛的應用于氣體傳感器、圖像記錄材料、壓電材料、磁性材料和塑料薄膜等領域。近年來，國內外對于納米氧化鋅的合成、表征及其催化性能等研究方面已經積累了不少成果。在催化臭氧化應用中也有了一定的研究，例如，Z.L.Chen等了在不同實驗條件下研究了納米氧化鋅催化臭氧化降解二氯乙酸，探索了納米氧化鋅表面-OH的產生機理，發現與單一臭氧化相比，氧化鋅的加入顯著的提高了O₃分解為-OH，從而促進了二氯乙酸的降解(Xu?Zhai，Zhonglin?Chen，Shuqing?Zhao，He?Wang，Lei?Yang，J.Environ.Sci.2010，22，1527～1533)。上述研究說明氧化鋅納米材料作為臭氧化催化劑具有一定的可行性。

發明內容

本發明是在上述研究的基礎上，開發高活性、高穩定的氧化鋅納米催化劑制備方法和催化臭氧化使用方法。本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

(1)氧化鋅納米材料的制備：將Zn(NO₃)₂溶液滴加到(NH₄)₂CO₃溶液中，二者物質的量比為1∶1.5，同時劇烈攪拌，在此過程中溶液由澄清透明變為乳白色懸濁液，繼續攪拌出現白色沉淀，過濾后將白色沉淀分別用去離子水和無水乙醇洗滌數次，烘干后在400-800℃下煅燒2h，即可獲得氧化鋅納米材料。

(2)臭氧化水處理：將納米氧化鋅作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，開動攪拌，通入臭氧，開始降解水中有機污染物；

(3)納米氧化鋅的回收：臭氧化處理完畢，通過靜置、離心或過濾，將納米氧化鋅分離出來，用于下一次的催化過程。

在實驗探索中，我們發現添加催化劑的量與所處理廢水的量之比為0.5-2.0g催化劑：1L廢水時即可達到較好的催化效果。

本發明的有益效果：采用上述納米氧化鋅作為催化劑后，在相同的臭氧投入量情況下，對污水中有機物的降解速率與單一臭氧化相比顯著加快，礦化程度明顯提高。具體提高程度與加入的納米氧化鋅催化劑的量以及反應條件(包括溫度、攪拌速率、污染物濃度、臭氧投入量、水體pH等)有關。

與現有處理方法相比較，本發明提出的水處理方法具有顯著的特點：

(1)納米氧化鋅顆粒尺度較小，比表面積大，在水體中分散均勻，能夠更充分的與臭氧和水中污染物接觸。因此在使用過程中較小的投入量即可取得較好的催化效果。