[發明專利]一種以氧化鈰納米材料作為催化劑的臭氧化水處理方法

無效

• 申請號: 201110181228.1
• 申請日: 2011-06-27
• 公開（公告）號: CN102249395A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 董玉明;賀愛珍;蔣平平;王光麗;許云飛;陳文龍;于翔鵬
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78;B01J23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于水處理和環境催化領域，涉及一種以氧化鈰納米材料作為催化劑的臭氧化水處理方法。

背景技術

隨著人口密度的增加和工農業經濟的不斷發展，人類日益消耗大量的水資源，工業廢水和未經處理的生活污水直接排入河流、湖泊及地下，造成水體大面積污染，給生態環境和人類生命安全帶來了極大的威脅。工業生產中的有機物廢水排放量大，分布廣泛、成分復雜、毒性強、不易凈化、難以處理。在當前的工業生產過程中，有機物廢水的排放量越來越大，其中有機物大多有毒性且難降解，因此采用水處理方法改變水質，使之無害化或資源回收化對社會和諧化發展具有重要意義。化學氧化方法包括濕式氧化法，光催化降解法和催化臭氧化法，適用于有機污染物濃度較低、缺乏回收利用價值的情況。其中催化臭氧化過程是利用催化劑在常溫常壓下強化臭氧氧化的高級氧化過程，與單獨臭氧化相比，在很大程度上提高了對有機物的降解。該過程條件溫和、操作簡便，尤其對某些穩定性高，毒性大的有機物的氧化降解較徹底，在有機物廢水的處理研究中日益受到重視。

在水處理研究中，主要運用三類(納米金屬及其氧化物，蜂窩陶瓷和活性炭)物質作為催化臭氧化的催化劑催化臭氧化，該類催化劑可以多次使用、避免了二次污染，因而備受青睞。

由于納米粒子表面積大、表面活性中心多，納米催化劑具有表面效應，吸附特性及表面反應等特性，因此納米催化劑在催化領域的應用十分廣泛。在催化臭氧化中，研究較多的納米催化劑組分是過渡金屬氧化物。氧化鈰主要用作玻璃的脫色、澄清劑、高級拋光粉，還應用于陶瓷電工、化工等行業。近年來，采用各種技術已經合成出形貌較好的氧化鈰，這些形態的氧化鈰被廣泛應用為導電材料，催化劑等。國內外對于納米氧化鈰的催化性能研究方面也有一定的成果，在催化臭氧化應用中也有了一定的研究，例如，P.C.Isolani等人通過水熱法，以不同的檸檬酸鈰源前驅物合成出三種氧化鈰，將氧化鈰應用于催化臭氧化苯酚過程中，結果發現催化活性的不同與氧化鈰表面的Ce³⁺的量有關(M.F.Pinheiro?da?Silva，L.S.Soeira，K.R.P.Daghastanli.CeO₂-catalyzed?ozonation?of?phenol.J?Therm?Anal?Calorim.2010，102：907-913)。以上研究說明氧化鈰納米材料作為臭氧化催化劑具有一定的應用前景。

發明內容

本發明的目的是通過調控合成反應條件，開發更加實用高效的氧化鈰納米材料，并提供其使用方法。本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

(1)氧化鈰納米材料的制備：將七水氯化鈰或六水硝酸鈰溶解于蒸餾水中，迅速加入固體氫氧化鈉，同時劇烈攪拌。鈰離子和氫氧化鈉濃度分別為0.1mol?L^-1，2.5mol?L^-1。混合均勻后形成淺紫色溶液，再轉移到反應釜中，在100-160℃下密封保持14-22h，反應完成后自然冷卻至室溫，去離子水洗滌所得沉淀，干燥后在300℃下煅燒4h，得到氧化鈰納米材料。

(2)臭氧化水處理：將得到的氧化鈰納米材料作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，通入臭氧，同時開動攪拌，開始降解水中有機污染物；

(3)氧化鈰納米材料的回收：臭氧化處理完畢，通過靜置、離心或過濾，將氧化鈰納米材料從水溶液中分離出來，洗滌干燥后用于下一次的催化過程。

在實驗過程中，我們發現添加催化劑的量與所處理廢水的質量之比為0.001，反應溫度在20℃時即可達到較好的催化效果。

本發明的有益效果：采用相同的原料配比，以不同的鈰源、水熱溫度、水熱時間，合成出前驅物，通過煅燒后得到不同類型的氧化鈰納米材料，將這些納米氧化鈰作為催化劑后，在相同的臭氧投入量，催化劑量，反應溫度下下，對污水中有機污染物的降解速率有所加快，礦化程度有所提高。其中以七水氯化鈰為鈰源，水熱溫度130℃，水熱時間14h的制備條件下合成出的氧化鈰顆粒催化降解效果最好。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)氧化鈰的制備方法操作簡單，原料易得，合成過程周期短，無毒無污染。

(2)納米氧化鈰顆粒尺度較小，在水中具有良好的分散性，有利于提高與臭氧、水中污染物的接觸。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。

(3)氧化鈰納米材料具有較好的機械強度，在催化臭氧化條件下具有較好的穩定性，多次重復使用，催化效果都能得到較好的保持，這對于其進行實際應用。

附圖說明