[发明专利]羟基化铁催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体催化剂及其制备方法和应用；具体涉及一种羟基化铁催化剂及其制备方法和在催化臭氧化处理饮用水中的应用。

背景技术

传统的饮用水处理工艺对溶解性微量有机污染物去除能力十分有限，臭氧化技术处理有机物效果好、二次污染少，是近年来水处理领域中的研究热点。但采用单独臭氧化技术时，受臭氧氧化能力和传质效率的影响，臭氧的利用率很低，因此对有机污染物的降解效率也比较低。采用臭氧和其他氧化剂联用(如O₃/Cl₂、O₃/ClO₂等)可以提高对有机污染物的降解效率，但也不能使其完全矿化。目前，对臭氧氧化饮用水除污染技术的研究主要集中在提高臭氧在水中的传质溶解和提高活性自由基生成的速率和数量，以强化臭氧对水中有机污染物的降解和去除效果。催化臭氧化包括均相和多相的催化臭氧化，能够大大提高水中有机污染物的去除效率。多相催化臭氧化由于其低成本和易操作，被认为是一种具有广阔应用前景的水处理工艺，但该工艺存在催化剂的催化活性低、稳定性差及二次污染等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有多相催化臭氧化水处理工艺中存在催化剂的催化活性低、稳定性差、及金属离子溶出引入二次污染等问题，提供了一种羟基化铁催化剂及其制备方法和应用。本发明的催化剂活性高、稳定性好，有效的促进了臭氧在水溶液中的分解和羟基自由基的生成，提高了臭氧氧化除污染工艺中臭氧的传质率和利用率，不易造成二次污染。

本发明的羟基化铁催化剂由可溶性三价铁盐水溶液与碱溶液按Fe³⁺与OH^-的摩尔比为1∶3～4采用均匀沉淀法制成；可溶性三价铁盐为FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、Fe(NO₃)₃或FePO₄，碱溶液为NaOH或KOH水溶液；其制备方法的步骤如下：一、配制可溶性三价铁盐水溶液和碱溶液；二、在100～150rpm速度磁力搅拌条件下，将碱溶液逐滴加入可溶性三价铁盐水溶液中均匀混合沉淀，滴加速度1～2滴/s；三、待完成沉淀反应后调节混合液的pH＝12～14，静置3～6h；四、静置后的反应物放入保温箱内，在70～80℃条件下，活化12～20h，然后过滤得到的褐色沉淀；五、活化后的沉淀物用蒸馏水洗涤至中性，在80～120℃条件下干燥24～48h或自然风干。本发明的羟基化铁催化剂主要用于催化臭氧化处理饮用水，采用常规方法催化臭氧化处理饮用水，催化剂和臭氧均采用一次性投加方式，其工艺条件：臭氧投加量为0.8～1.3mg/L，羟基化铁催化剂的投加量为150～200mg/L，pH控制在4～10的范围内。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、本发明采用均匀沉淀法可使溶液中形成沉淀的构晶离子Fe³⁺由溶液中缓慢均匀的释放出来；使构晶离子的过饱和度在整个溶液中比较均匀，所以，本发明得到产品的颗粒晶形完整、均匀致密且粒径分布均匀。同时，该方法还可以避免杂质的共沉淀。

2、本发明的方法简单、便于操作；

3、本发明的催化剂活性高，可以促进臭氧在水中分解生成强氧化性的羟基自由基，加速臭氧的传质，提高了臭氧的利用率，中性条件下，臭氧去除水中有机污染物的能力可被提高约20个百分点，具有较强的催化臭氧化去除饮用水中痕量难降解有机污染物能力；

4、本发明的催化剂应用范围广，可在pH＝4～10范围内催化臭氧化去除饮用水中痕量难降解有机污染物；

5、本发明的催化剂稳定性高不易溶出，可循环使用从而降低了催化臭氧化处理饮用水的成本，并且不易造成二次污染。

附图说明