[发明专利]一种新型臭氧氧化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂的制备技术领域，特别涉及臭氧催化氧化的钛铈复合催化剂的制备方法。

背景技术

臭氧因其较高的氧化能力已经受到了广泛的关注。当其用于废水处理时不会对水体产生二次污染并具有消毒作用，但是臭氧成本高、在水中的溶解度低、对有机污染物的氧化不彻底，这些缺点严重限制了其在水处理中的广泛应用。非均相臭氧催化技术能提高臭氧在水中的消解，降低操作时间，提高矿化效率，被认为是一种很有前景的高级氧化技术。因此在臭氧催化技术中，催化剂的选择和制备便起了决定性的作用。

常用的非均相催化剂主要包括：金属、金属氧化物、金属负载催化剂、金属氧化物负载催化剂。被用于催化臭氧分解的金属氧化物主要是一些典型的过渡金属氧化物和负载型的贵金属氧化物，这些氧化物必须能有效提高臭氧氧化效率以及有机污染物的去除率，不存在金属离子溶出或者金属离子的微量溶出不影响处理水质。金属氧化物如MnO₂，FeOOH用于臭氧催化时具有较高的催化活性，但是在酸性条件下它们的金属离子溶出严重，这不但影响催化剂的活性而且会对水质造成二次污染。

CeO₂作为最有活性的稀土氧化物，已经被应用于多个领域，其作为催化剂具有较好的催化效果主要归因于在氧化还原条件下能通过Ce³⁺和Ce⁴⁺之间的转化来完成氧的储存和释放。CeO₂具有稳定性好不易溶出的特点，以铈为基础的催化剂已经用于很多工艺，例如湿式催化氧化，光催化等。然而CeO₂也具有其自身的缺点，纯CeO₂在高温条件下的热稳定性差，且催化效果有限，因此我们可以通过制备由多种金属组成的复合催化剂来克服这一缺点。

TiO₂具有良好的热稳定性，离子半径比较小，Ce⁴⁺可以被Ti⁴⁺取代，从而提高催化剂的性能。此外，钛铈复合催化剂用于臭氧的催化氧化还无报道。因此可以通过溶胶-凝胶法制备Ti-Ce复合催化剂用于催化臭氧氧化。

发明内容

本发明的目的是制备一种新型臭氧氧化催化剂，该新型臭氧氧化催化剂能明显提高臭氧的利用率和污染物的去除率。

本发明所述的一种新型臭氧氧化催化剂的制备方法，其制备方法采用溶胶-凝胶法，其具体制备工艺步骤如下：

(a)在搅拌条件下，按1∶(10～20)的摩尔比将四异丙醇钛加入到无水乙醇中，形成四异丙醇钛的乙醇溶液；

(b)将六水合硝酸铈溶解在无水乙醇中之后，向其中加入高纯水和冰醋酸，形成硝酸铈的混合溶液，其中，六水合硝酸铈∶无水乙醇∶高纯水∶冰醋酸的摩尔比为(0.1～1.0)∶(20～40)∶(2～8)∶(0.1～0.3)；

(c)在搅拌条件下，将步骤(b)获得的硝酸铈的混合溶液逐滴加入到的步骤(a)获得的四异丙醇钛的乙醇溶液中，形成钛铈溶胶，继续搅拌直至形成凝胶催化剂；

(d)将步骤(c)获得的凝胶催化剂经过干燥、煅烧后研磨成粉体。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(a)中四异丙醇钛与无水乙醇的摩尔比为1∶10。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(b)中六水合硝酸铈∶无水乙醇∶高纯水∶冰醋酸的摩尔比为(0.2～0.8)∶20∶5∶0.2。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(c)中的干燥条件为，40～80℃干燥6～12h。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(c)中的干燥条件为，80℃干燥12h。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(c)中的煅烧条件为，400～800℃煅烧1～3h。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(c)中的煅烧条件为，550℃煅烧2h。

上述新型臭氧氧化催化剂的制备方法中，步骤(c)中的搅拌速度为800～1200r/min。

本发明的另一方面在于一种新型臭氧氧化催化剂，其在常温常压下为黄色粉末，随着臭氧氧化催化剂中铈的摩尔比例增加，黄色加深，其BET比表面积为10.0～90.0m²/g，其制备步骤如下：

(a)在搅拌条件下，按1∶(10～20)的摩尔比将四异丙醇钛加入到无水乙醇中，形成四异丙醇钛的乙醇溶液；