[發明專利]催化臭氧降解有機廢水的二氧化錳納米催化膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010370695.8
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111617759B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 江波;蘇晴;王婧茹;關雨欣;寧亞男;劉奕捷;唐沂珍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J35/00;B01J35/02;B01J35/10;C02F1/72;C02F1/78;C02F101/30
• 代理公司: 山東三邦知識產權代理事務所(普通合伙) 37308
• 代理人: 高洋;肖太升

本發明提供了一種催化臭氧降解有機廢水的二氧化錳納米催化膜及其制備方法，屬于廢水處理技術領域。本發明是以陽極氧化鋁膜為模板，利用溶膠?凝膠法將二氧化錳負載在AAO膜的納米孔道內壁上，形成有序排列的二氧化錳圓形納米管，得到二氧化錳納米管陣列催化膜。以臭氧為氧化劑，當通過二氧化錳膜時可活化成強氧化性物質，進而實現水體中污染物的降解去除。相比較于液相催化反應，本發明二氧化錳納米催化膜催化體系因納米限域作用強化了污染物和臭氧向二氧化錳催化劑表面的傳質擴散，提升了氧化性物質的產生，展現出更高催化效率。

技術領域

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種催化臭氧降解有機廢水的二氧化錳納米催化膜及其制備方法。

背景技術

印染廢水、含硝基苯廢水、化工制藥廢水、制革廢水、染料廢水等難降解有機廢水的色度深、鹽度高、污染物濃度高，對環境水體危害很大，很難用單一的物理化學或生物方法處理，所以開發其他處理技術來處理這些有毒且難以生物降解的有機物迫在眉睫。

目前，研究報道可用于降解有機廢水的方法包括生物氧化、物理吸附和高級氧化工藝。高級氧化工藝是一種非常有效的處理難降解有機物的技術。臭氧具有較強的氧化能力，是一種親電子氧化劑。非均相催化臭氧氧化技術是近年來水處理領域的熱點，是在臭氧氧化的基礎上，向反應體系引入固體催化劑，該催化劑能和水中溶解的臭氧反應，加快臭氧分解，生成大量氧化活性高的自由基，從而加快有機污染物的氧化去除效率。研究較多的臭氧催化劑包括金屬氧化物，炭基材料，活性氧化鋁和陶瓷材料等，其中炭基材料對臭氧具有較好的吸附分解能力，活性炭常用于負載活性組分來催化臭氧。臭氧催化劑常用過渡金屬氧化物為活性組分，氧化鐵、氧化錳、氧化鋁等常被用于臭氧氧化。其中錳氧化物具有良好的催化活性，且價格低廉、豐富易得、環境友好。但在非均相催化中，由于金屬催化劑的天然聚集傾向，負載型金屬催化劑暴露的金屬位點數量較少，傳質效率慢，從而降低了催化臭氧氧化反應中的催化活性。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供了一種催化臭氧降解有機廢水的二氧化錳納米催化膜及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種二氧化錳納米催化膜，是二氧化錳負載在陽極氧化鋁膜的納米孔道內壁上，形成有序排列的二氧化錳圓形納米管，所得到的一種二氧化錳納米管陣列催化膜。

在上述方案的基礎上，所述陽極氧化鋁膜的孔徑為15～300nm。

上述二氧化錳納米催化膜的制備方法，步驟如下：

將錳的可溶性前驅體化合物與表面活性劑溶于n-甲基吡咯烷酮溶劑中，在65℃超聲處理，直至溶解得到澄清均勻的溶膠；再將陽極氧化鋁膜浸入到溶膠中，在100～300℃下反應1～6h，自然冷卻至室溫，取出反應后的陽極氧化鋁膜，沖洗、烘干后于300～500℃氛圍下煅燒1～3h，得到二氧化錳納米催化膜。

在上述方案的基礎上，所述錳的可溶性前驅體化合物為錳的可溶性鹽；優選為錳的硝酸鹽、硫酸鹽或醋酸鹽。

在上述方案的基礎上，所述溶膠中錳離子的濃度為0.1～1.0mol/L。

在上述方案的基礎上，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基二甲基芐基氯化銨中的一種。

在上述方案的基礎上，所述表面活性劑在溶膠中的濃度為0.01～0.5mol/L。

上述方法制備的二氧化錳納米催化膜在催化臭氧降解有機廢水中的應用。

一種利用二氧化錳納米催化膜催化臭氧降解有機廢水的方法，是將廢水溶液與臭氧儲備液按體積為1:1的比例混合，泵入裝有上述方法制備的二氧化錳納米催化膜的過濾器進行過濾。