[發明專利]一種可再生催化劑以及制備方法、應用

有效

• 申請號: 202010291605.6
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN111359617B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 馬磊;李仁貴;衛皇曌;韓培威;李敬美;孫承林
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;C02F1/32;C02F1/78;C02F101/34
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 秦萌

本申請公開了一種可再生催化劑以及制備方法和應用。所述可再生催化劑選自具有式Ⅰ所示化學式的化合物中任一種；A₂DMO₆式Ⅰ；在式Ⅰ中，A選自Sr、Ca、Ba中的任一種；D選自過渡金屬中的至少一種；M選自Zr、Ti中的任一種。該催化劑是一種兼具光催化和催化臭氧氧化活性的雙鈣鈦礦智能再生催化劑。該類催化劑在UV?臭氧氧化體系中表現出極為優異的催化氧化降解污染物的能力，同時通過簡單的氧化還原熱處理可以解決活性組分團聚和表面積碳問題。

技術領域

本申請涉及一種可再生催化劑以及制備方法、應用，屬于環境功能材料領域。

背景技術

隨著工業的迅猛發展和人類物質生活水平的提高，工業廢水的排放量逐年增加，成分也越來越復雜，如何去除廢水中難降解的有機污染物成為目前廢水治理的難點。工業廢水經傳統工藝處理后的出水難達標排放，出水中仍含有較高濃度的難降解有機物，存在較大的問題。紫外-臭氧催化氧化法因為集合了光催化和催化臭氧氧化兩種方法，對難降解有機廢水具有極為優異的去除效果，是一種在常溫常壓下降解有機物的方法。其反應機理為O₃分子在UV輻照下生成的大量·OH，再利用·OH的強氧化能力實現污染物的快速降解，具有應用范圍廣、工藝簡單、處理效果好等優點，能滿足日益嚴格的出水排放要求。

對于紫外-臭氧催化氧化反應體系，催化劑為體系核心。對于臭氧氧化技術，目前常用的催化劑為金屬負載型催化劑，其中活性組分為Fe、Cu、Ni、Mn、Pt、Pd等，載體主要有氧化鋁、分子篩、活性炭等(Journal?of?Environmental?Management,2018,211(1):83-102)。對于光催化技術，目前常用的催化劑為TiO₂、ZnO₂、SnO₂、金屬硫化物半導體等及其改性化合物(Energy?and?Environmental?Science,2017,7(7):2182-2202)。若將兩種技術復合，進而推廣其工業應用，目前存在兩方面問題。第一，催化臭氧氧化體系和光催化體系所用的催化劑存在較大差異，為了提高紫外-臭氧催化氧化反應體系的氧化能力，需要分別添加不同類型的催化劑，勢必增加操作難度和成本。第二，對于紫外-臭氧氧化體系，紫外和臭氧各自的催化劑容易失活(壽命不足2年)且失活后無法回收再生，只能作為危廢進行處理。根據目前國內危險廢物處理規定，該類危廢處理處置費用高達5000元/噸，這意味著3～4年后，使用此種催化劑處理廢水的企業每年將需要承擔上億元的廢催化劑處置費用。經分析，造成此種催化劑失活的主要原因是催化劑表面積碳和活性組分團聚。因此，為了提高UV-臭氧氧化體系的催化活性和降低催化劑后續處理費用，需要開發一種兼具光催化和催化臭氧氧化能力，且可抑制活性組分團聚和表面積碳的光催化臭氧氧化催化劑。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種可再生催化劑，該催化劑是一種兼具光催化和催化臭氧氧化活性的雙鈣鈦礦智能再生催化劑。該類催化劑在UV-臭氧氧化體系中表現出極為優異的催化氧化降解污染物的能力，同時通過簡單的氧化還原熱處理可以解決活性組分團聚和表面積碳問題。

一種可再生催化劑，所述可再生催化劑選自具有式Ⅰ所示化學式的化合物中任一種；

A₂DMO₆??式Ⅰ

在式Ⅰ中，A選自Sr、Ca、Ba中的任一種；

D選自過渡金屬中的至少一種；

M選自Zr、Ti中的任一種。

具體地，本申請所提供的催化劑是一種智能再生催化劑，催化劑摻雜的金屬組分(例如Fe、Co、Ni)可在鈣鈦礦晶格內部與表面可逆溶解(高溫氧化氣氛)/溶出(高溫還原氣氛)，這種原位可逆脫嵌可以抑制活性組分顆粒的長大和解決表面積碳，從而使催化劑始終保持較高的催化活性。

本申請中，A選自Sr、Ca、Ba中的任一種，即鈣鈦礦結構中的A不進行摻雜，使得催化劑具有良好的效果。