[发明专利]一种微波诱导催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于负载型催化剂的制备技术领域。尤其涉及一种可以利用微波且固液分离良好的复合微波诱导催化剂及其制备方法。

背景技术

近几年来，微波诱导催化氧化技术(Microwave Induced Oxidation Process，简称MIOP)在环境工程中降解水体或空气中的有机污染物等方面具有巨大的应用潜力，在降解有毒有机物的矿化分解方面与湿式催化氧化、电催化等技术具有一定的可比性。因此，微波诱导催化氧化技术在水处理领域的应用研究已成为研究的热点之一。但微波诱导催化氧化技术在废水处理上尚未大规模工业化，在工程应用上存在的主要问题是工艺中催化剂的稳定性小、成本高、分离回收性差。

目前，大多研究采用活性炭或改性活性炭作为微波诱导催化氧化工艺的催化剂(马慧俊.改性活性炭纤维催化剂制备及在微波诱导氧化工艺中应用[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文.2005.)。在微波辐照下，其可催化氧化处理大气和废水中难降解的有机污染物，但由于活性炭体系存在机械强度差，活性组分易流失而失活，使用成本较高等缺点，大大限制了该技术的应用范围。此外，以活性氧化铝为载体的负载型催化剂(200410013583.8)虽然改善了机械强度，但其未经稀土元素氧化物在结构和形态上的改性，催化性能有限。因此，如果能够制备性能稳定且效果好的催化剂，解决提高催化剂微波诱导氧化效果、降低运行成本等方面的技术问题，实现吸附和微波诱导催化氧化同时进行，就能够实现整个处理过程的连续化，也能够拓宽微波诱导催化氧化技术的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、制备周期短、可工业化废水处理、在废水处理过程中具有良好的固液分离性、比活性炭负载体系更高稳定性的、可再生的、大比表面积的微波诱导催化剂制备方法。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：或将工业活性氧化铝用蒸馏水洗去杂质、干燥，在马弗炉中温度为150～550℃条件下焙烧活化1～5h；按固液质量比为1～5∶1000将活化氧化铝置入浓度为0.005～0.3mol/L的硝酸盐溶液中浸渍12～24h，除去上清液后在60～70℃条件下干燥5～8h；再在马弗炉中焙烧，以10～15℃/min的升温速度加温至150～550℃，保温1～5h，焙烧后取出冷却；

或将工业活性氧化铝用蒸馏水洗去杂质、干燥，在温度为150～550℃条件下于马弗炉中焙烧活化1～5h，按固液质量比为1～5∶1000将活化氧化铝置入浓度为0.005～0.2mol/L的稀土元素的硝酸溶液中浸渍12～24h，除去上清液，在60～70℃条件下干燥5～8h；再将干燥后的改性氧化铝在马弗炉中焙烧，以10～15℃/min的升温速度加温至150～550℃，保温1～5h，焙烧后的氧化铝取出冷却，得到催化剂前驱物；然后将所制备的催化剂前驱物按固液质量比为1～5∶1000放进浓度为0.005～0.3mol/L的硝酸盐溶液浸渍，浸渍12～24h，除去上清液，在60～70℃条件下干燥5～8h；最后在马弗炉中焙烧，以10～15℃/min的升温速度加温至150～550℃，保温1～5h；焙烧后取出冷却。

其中：硝酸盐或为硝酸铜、或为硝酸铁、或为硝酸铜与硝酸铁的混合物；稀土元素的硝酸溶液为硝酸铈、硝酸钕、硝酸镧中的一种。

由于采用上述技术方案、本发明以工业活性氧化铝为催化剂载体，经稀土元素改性后采用硝酸铜、硝酸铁中的一种或两种对载体进行浸渍、干燥和焙烧等处理，化学改性后的复合材料作为催化剂用于微波诱导催化氧化工艺氧化处理废水中难降解有机污染物。

活性氧化铝是一种多孔性物质，具有比重大、比表面积大、孔隙率大和活性高吸附能力强的特性，是一种常用的催化剂载体。采用浸渍法将过渡金属氧化物活性组分加载到活性氧化铝的表面可以很好地解决活性组分回收再生的问题，即固液分离后的催化剂在微波辐照下实现活性再生。浸渍法制备工艺简单、制备周期短，所制备的催化剂在废水处理过程中具有良好的固液分离性、比活性炭负载体系更高稳定性、可再生的、大比表面积的特点。

同时，在制备过程中利用稀土元素氧化物改性载体，由于稀土元素氧化物(如二氧化铈)在适中温度下的可还原性，其晶格氧与气相氧存在一个平衡，在氧分压相对较低时可失去晶格氧，而在氧分压较高时可储存氧，从而起到稳定载体表面和贮氧的作用。氧在催化剂表面存在两种形态：一种低结合能的结构氧，一种高结合能的化学氧。研究表明，化学氧能在氧化反应中改善催化剂的催化活性。