[發明專利]磁性納米錳鐵羥基氧化物的制備及其在催化臭氧氧化除污染中的應用

有效

• 申請號: 201410293644.4
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104043458A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 齊飛;郭楊;徐冰冰;孫德智
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J23/755;C02F1/78
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技術領域

本發明涉及一種磁性納米錳鐵羥基氧化物催化劑的制備及其催化臭氧氧化除污染技術。

背景技術

近年來，具有“三致”作用或內分泌干擾作用的新型污染物——藥物及個人護理品(pharmaceuticals?and?personal?care?products，PPCPs)在地表水環境中不斷出現，引發各國學者極為廣泛的關注。由于人類和牲畜對PPCPs的大量使用，導致城市污水中PPCPs的暴露種類和濃度呈現增加的趨勢。我國的地表水和城市污水處理廠進出水中也發現了人工合成麝香、抗生素類藥物和類固醇雌激素等PPCPs的暴露，其暴露濃度在數十ng/L至數百μg/L。污水中PPCPs的濃度雖然較低，但其對人體健康和生態環境的影響卻具有長期性、潛在性和災難性的特點。由于常規污水處理工藝對PPCPs的去除能力十分有限，甚至無能為力。因此，必須借助深度處理技術進一步提高水質，實現污水的再生利用。

催化臭氧技術是基于臭氧的高級氧化技術，它將臭氧的強氧化性和催化劑的吸附、催化特性結合起來，能較為有效地解決有機物降解不完全的問題。在臭氧氧化系統中，加入固體催化劑，可以有效地提高臭氧降解/去除水中微量有機污染物的能力。固體催化劑的選擇是多相催化臭氧氧化技術能否發揮高效氧化性能的決定性因素。多相催化劑主要有三種作用：

(1)吸附作用，多相催化過程或氣固催化過程，是氣體(液體)反應物在固體催化劑表面上進行。對于吸附量相對較大的催化劑，當其與水相接觸時，水中的有機物首先會被吸附在這些催化劑表面，形成具有親和性較強的表面螯合物，使臭氧氧化更高效。

(2)催化活化臭氧分子作用，這類催化劑通常具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，例如MnO_x、Al₂O₃等，通常情況下臭氧分子在這類催化劑表面被催化分解產生高氧化性的羥基自由基，羥基自由基能直接對溶液中有機物分子進行氧化分解，從而提高臭氧的氧化效率。

(3)吸附和活化臭氧分子雙重作用，這類催化劑既能高效吸附水中有機污染物，同時又能催化活化臭氧分子，產生高氧化性的自由基，可以取得更好的催化臭氧氧化效果。在多相催化臭氧化技術中涉及的催化劑主要是金屬氧化物(Al₂O₃、MnO₂等)、負載于載體上的金屬或金屬氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃等)以及具有較大比表面積的孔材料(活性炭等)。這些催化劑的催化活性主要表現對臭氧的催化分解和促進羥基自由基的產生。

通常多相固體催化劑的分離條件簡單，有些催化劑甚至不需要分離(如氣固兩相催化)，二次污染少，并且可以不間斷流水作業；但是大多數多相催化劑是利用高溫或水熱燒結制成的氧化物，其表面部分催化活性點是有限的，催化活性相對較差且催化性能不穩定。據研究表明，增大比表面積可以有效改善催化劑的催化性能。

磁性納米錳鐵羥基氧化物催化劑是以鐵酸鹽利錳酸鹽為關鍵活性組分，集成了Fe_x(OH)_y、Mn_x(OH)_y二元金屬羥基氧化物的表面特性，隨著尺寸的減小和外形的變化，其納米結構由于小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，導致多種電磁效應發生變化，并且利用滴加堿液進行共沉淀，形成具有磁性且易于分離的錳鐵羥基氧化物催化劑，其與多相臭氧氧化技術相結合，可以顯著提高對水體中的非那西丁等PPCPs的去除效果，起到對污染物的除污染效果，以獲得更優質、穩定的出水，是一種具有廣闊應用前景的催化劑。

發明內容

本發明的目的是針對去除非那西丁等PPCPs現有水處理技術存在的不足和缺陷，提出一種含非那西丁等PPCPs的水體凈水用催化劑的制備方法。磁性納米錳鐵羥基氧化物催化劑，可以顯著提高常規給水處理工藝對含非那西丁水體的除污染效果，獲得良好的出水水質。與其他催化劑相比，磁性納米錳鐵羥基氧化物催化劑對非那西丁等PPCPs的去除效果極佳，并且原料成本低廉，制備工藝簡單，大大降低了催化劑的制備成本。

1.本發明的技術方案如下：

磁性納米錳鐵羥基氧化物催化劑的制備方法可以通過以下幾個步驟實現：

(1)準確稱量6.275g(0.025mol)四水合硝酸錳，20.2g(0.05mol)九水合硝酸鐵，完全溶解于100mL的去離子水中，得到澄清溶液，并靜止放置0.5小時；