[發明專利]一種固廢基陶瓷催化膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010143748.2
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111410547B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 賀治國;李夢珂;鐘慧;胡亮
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B33/13;C04B33/132;C04B33/138;C04B35/622;C04B35/634;B01J23/889;B01J35/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種固廢基陶瓷催化膜及其制備方法和應用。該方法利用硅酸鹽尾礦和冶金渣作為主要原料，通過顆粒堆積法制備固廢基陶瓷催化膜，固廢基陶瓷催化膜具有力學性能好、催化活性高等特點，可以高效催化過一硫酸鹽氧化降解水體中有機污染物，且可多次回收并重復利用。

技術領域

本發明涉及一種固廢基陶瓷催化膜，具體涉及一種利用硅酸鹽尾礦、鋁土礦和冶金渣制備的陶瓷催化膜，還涉及一種固廢基陶瓷催化膜的制備方法以及固廢基陶瓷催化膜在催化過一硫酸鹽氧化降解水體中有機污染物方面的應用，屬于催化材料制備技術領域。

背景技術

膜催化技術是將膜技術應用于催化反應領域，結合了催化劑的膜分離和自由基對有機污染物的催化分解，利用表面催化劑的高催化活性和高親水性去除污染物，有效地避免催化劑難以回收而引起的水體二次污染情況，是一種很有前景的用于處理水體中難降解有機物的方法。目前針對水中難降解有機物催化膜的構建研究主要集中在光催化膜技術上，但是光催化技術完全依賴于光源，在實際廢水處理中很難實現應用。高級氧化技術與光催化技術相比，不需要光源的刺激，在催化劑和氧化劑存在的條件下，就能實現對有機污染物有效地去除。

目前，對于高級氧化陶瓷催化膜制備研究還較少，專利(CN 108640227A)用Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZrO₂、SiC中的一種或幾種作為陶瓷膜基體材料，以CuO、Fe₂O₃、Co₃O₄、MnO₂、Fe₃O₄、RuO₂金屬氧化物納米顆粒中的一種或幾種為陶瓷膜中催化劑，制備出膜孔徑大小為0.01μm～1μm的高級氧化催化陶瓷膜。Wu等人將MnO₂，Al₂O₃，聚乙烯醇和甘油按一定比例配成原料，采用一步球磨法制備陶瓷催化膜(Hong Wu,Xinyuan Xu,Lei Shi,Yu Yin,Lai-ChangZhang,Zhentao Wu,Xiaoguang Duan,Shaobin Wang,Hongqi Sun.Manganese oxideintegrated catalytic ceramic membrane for degradation of organic pollutantsusing sulfate radicals.Water Research.167(2019)115110)。MnO₂能在催化膜孔內提供大量的活性位點，促進PMS的活化，對4-羥基苯甲酸的去除率達到98.6％。這種催化膜催化效率較高，但是所用的原料成本和燒結成本高，導致催化膜制備成本偏高，難以實現工業應用。李²等人通過真空抽濾法，將制備所得的MnOOH負載于商業有機膜上，成功制備納米MnOOH催化膜，構建了MnOOH催化膜/PMS體系(李易丞.MnOOH催化膜活化過一硫酸鹽去除水中2,4-二氯酚的機理研究[M]，吉林大學)。該陶瓷膜在120min內，對2,4-二氯苯酚去除率超過99％，但是有機膜與無機膜相比，化學穩定性弱、機械強度低、不耐高溫、抗微生物能力差，沖洗和反沖洗能力差，循環利用效果不理想。

近年來，我國尾礦和冶金渣等固體廢棄物堆存的問題愈發明顯，給環境帶來了的壓力日益增大，如何妥善的處置和利用這些固體廢棄物是當前的一大難題。國內外利用固體廢棄物的資源屬性，制備了各種建筑材料，但是冶金渣中含有豐富的過渡金屬元素或催化成分，其作為建筑材料的原料不能得到最大價值的利用。

發明內容

針對現有技術中高級氧化陶瓷催化膜的制備方法存在原料成本高，能耗高等技術問題，本發明的第一個目的是在于提供一種對過一硫酸鹽分解產生自由基具有較高催化活性的固廢基陶瓷催化膜，該固廢基陶瓷催化膜利用硅酸鹽尾礦、鋁土礦與冶金渣等原料來制備，實現二次資源的高值化利用，解決了現有催化膜原料成本高的問題。