[发明专利]磁性纳米铁钴复合金属氧化物催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多相催化臭氧化的磁性催化剂的研制方法，具体地说涉及一种磁性纳米铁钴复合金属氧化物催化剂的制备方法及其催化臭氧化研究。 

背景技术

臭氧由于其强氧化性和消毒能力，近年来在水处理领域得到了广泛的应用。但是臭氧在水中的溶解度较低且容易分解、利用效率较低、运行成本高，这在一定程度上限制了其发展。虽然臭氧能氧化水中许多难降解有机物，但与有机物的反应选择性差，且不易将有机物彻底分解为CO₂和H₂O，其产物常常为难以矿化的小分子羧酸类有机物，并且中间产物的毒性有可能更强。因此，需要采用催化的方法来强化臭氧氧化单元的氧化能力。 

多相催化臭氧化技术是近年来发展起来的一种具有较强竞争力的新型高级氧化技术，它可以在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化的有机物氧化，在难降解废水的处理中显示出了极大的优越性，并有望成为一种很有应用价值的水处理技术。 

目前，多相催化臭氧化工艺中所用的催化剂主要是金属氧化物(MnO₂、FeOOH、Al₂O₃等)和负载在载体上的金属或金属氧化物(Cu/Al₂O₃、Ru/CeO₂、MnO₂/Al₂O₃和Co₃O₄/Al₂O₃等)，其催化活性取决于催化剂的粒径和形态，催化剂的粒径越小其活性越好。这些催化剂一般在酸性条件下具有较好的催化效果，但金属溶出现象严重，而在中性条件下往往效果不佳。此外，上述催化剂多为粉体，在实际操作中存在着固液分离的问题，催化剂回收利用较为困难。 

而磁性分离是一种有效的固液分离方法。利用材料的磁性，易于实现固液分离和材料回收利用。近年来，磁性材料在解决环境问题中得到相当的重视。目前其在水处理技术中主要用于对各种有机和无机污染物的吸附。 

发明内容

本发明的目的在于制备一种具有磁性的、高活性和稳定性的多相催化臭氧化催化剂。 

为实现上述目的，本发明合成了磁性纳米铁钴双金属氧化物催化剂。该催化剂采用共沉淀法制备。制备过程如下：将一定浓度的氢氧化钠溶液滴加到硝酸铁和硝酸钴混合溶液中，使沉淀完成的pH值在8-11左右，沉淀陈化12小时，过滤，用乙酸铵溶液洗涤，100℃干燥，最后在N₂气氛下300-500℃焙烧2-4小时得到Fe_3-xCo_xO₄。 

同单独臭氧化相比，该催化剂显示了很高的催化活性，在反应时间为20min时可以将水中20mg/L2，4-二氯苯氧乙酸基本完全矿化，而且此催化剂具有较高的化学稳定性，在反应后的水溶液中检测出的金属离子溶出较少，很有希望应用于实际水处理领域。 

附图说明：

图1为本发明所制备的Fe_3-xCo_xO₄催化臭氧氧化降解有机污染物TOC随时间的变化曲线图。 

具体实施方式：

通过下面给出的实施例和应用例，可以看出本发明的技术特征和优点。 

具体实施方式一：Fe_3-xCo_xO₄催化剂的制备 

将1.5mol/L氢氧化钠溶液滴加到硝酸铁和硝酸钴混合溶液(Fe/Co摩尔比为2∶1-10∶1)中，使沉淀完成的pH值在8-11左右，沉淀陈化12小时，过滤，先用水洗涤离心数次，再用2-3mol/L乙酸铵溶液洗涤离心，100℃干燥，最后在N₂气氛下300-500℃焙烧2-4小时，焙烧过程中固体粉末被其中的乙酸铵还原得到Fe_3-xCo_xO₄。 

具体实施方式二：Fe_3-xCo_xO₄催化剂的催化臭氧化活性