[发明专利]一种以纳米氧化钕作为催化剂的臭氧化水处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理和环境催化领域，涉及一种以纳米氧化钕作为催化剂的臭氧化水处理方法。

背景技术

稀土氧化物作为发光材料、磁性材料、超导体、高性能陶瓷、紫外线吸收剂等在功能材料的各个领域得到了广泛的应用。稀土化合物具有较高的催化活性，特别是稀土氧化物作为催化剂时，具有成本低、活性高、选择性好等特点。稀土氧化物作为催化剂主要应用在石油裂化、橡胶合成、氨合成、环境保护等领域，而与传统的体相催化剂相比，纳米材料的使用能较大程度的提高催化剂的催化效率。

近年来，稀土纳米材料在国内外的许多研究都取得了不少成果，而纳米稀土氧化物作为稀土化合物中重要的一类，表现出了更加优越的性能。随着纳米稀土氧化物的制备方法的完善，使其在功能性材料、催化剂等领域的应用更加具备了可行性。

催化臭氧化技术是近年发展起来的、在常温常压下将有机物氧化的方法，它是基于催化剂和臭氧化相结合的高级氧化降解过程，其目的在于促进污染物的降解、提高臭氧利用率从而降低运行成本，关键在于高效催化剂的开发与应用。本发明致力于开发高效实用的稀土纳米催化剂，在此基础上提供臭氧化水处理方法。

发明内容

本发明的目的是通过简便的水热法，开发了氧化钕纳米催化剂并提出了其使用方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

(1)纳米氧化钕的制备：配制含三价钕离子(Nd³⁺)0.01-0.1mol·L^-1的钕盐水溶液和5mol·L^-1的NaOH溶液，搅拌下将NaOH溶液缓慢滴加入钕盐溶液中，至混合物的pH变为10，继续搅拌10min，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬反应釜中，在120-180℃下反应12h，反应结束，冷却至室温，过滤，洗涤沉淀至pH为中性，将沉淀烘干并在空气气氛中500℃煅烧2h，获得纳米氧化钕；

(2)臭氧化水处理：将得到的纳米氧化钕样品作为催化剂加入到臭氧化水处理体系中，通入臭氧，同时开动搅拌、降解水中有机污染物；

(3)纳米氧化钕样品的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳米氧化钕样品从水溶液中分离出来，用于下一次的催化过程。

在实验过程中，我们发现pH达到10时，得到的氧化钕纳米材料结构均匀，所得纳米催化剂的量与所处理废水的质量之比为0.001、反应温度在室温时即可达到较好的催化效果。

本发明的有益效果：在不同钕离子(Nd³⁺)起始浓度和不同水热温度下获得略有差异的样品，在相同的臭氧投入量、催化剂量、反应温度下，对污水中有机污染物的降解速率均有所加快，矿化程度有所提高。与现有处理方法相比较，本发明提出的水处理方法具有显著的特点：

(1)纳米氧化钕的制备方法操作简单，原料易得，合成过程周期短，无毒无污染。

(2)纳米氧化钕颗粒尺度较小，在水中具有良好的分散性，有利于提高与臭氧、水中污染物的接触。因此在使用过程中，较小的投入量即可取得较好的催化效果。

(3)纳米氧化钕具有较好的机械强度，在催化臭氧化条件下具有较好的稳定性，多次重复使用，催化效果都能得到较好的保持，这对有利于其进行实际应用。

附图说明

图1为实施例1所得产品的TEM照片；

图2为实施例1所得产品的XRD图谱；

图3为单独臭氧化(无催化剂)和实例1中氧化钕纳米材料(样品1)催化臭氧化下苯酚的降解情况；

图4为单独臭氧化(无催化剂)、实例2中氧化钕纳米材料(样品2)催化臭氧化、实例3中氧化钕纳米材料(样品3)催化臭氧化下苯酚的降解情况；

图5为单独臭氧化(无催化剂)、实例4中氧化钕纳米材料(样品4)催化臭氧化、实例5中氧化钕纳米材料(样品5)催化臭氧化下苯酚的降解情况。

具体实施方式

为了更具体的说明本发明的方法，下面给出本发明的实施例，但本发明的应用不限于此。

实施例1