[发明专利]一种以铜/银复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法

说明书

技术领域

本发明提出一种以铜/银复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法来降低水污染，属于环境催化和水处理领域。

背景技术

我国水资源丰富，但人均占有量较低。随着经济的发展，日益严重的水资源短缺和水质安全问题已成为当今世界重大的资源环境问题。每年，大量的有机废水被排入环境。如果对这些有机废水进行处理之后再回收利用，不仅可以有效改善环境，还可以缓解全球性的供水不足。

由于臭氧在水中有较高的氧化还原电位且没有二次污染，臭氧在水处理中的应用越来越广泛。从开始用于消毒，到后来的除藻、除臭、脱色、去除有机物等。但随着臭氧不断使用，人们发现在低剂量和短时间内单独使用臭氧化不能完全降解有机物。因此，催化剂的引入就变得势在必行。

催化臭氧化是将臭氧的氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来，能有效解决有机污染物降解不完全的问题。催化臭氧化一般分为均相催化和多相催化。常用的均相催化剂为过渡金属离子，主要有Fe²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Zn²⁺等。均相催化有机污染物的效果优于单独臭氧化，但均相催化剂在反应过程中易流失，反应结束后难以分离和回收利用，存在后续金属离子去除的问题，造成处理成本增加，且引入的金属离子对水质有影响。如果残留在水中的均相催化剂离子不能有效去除，将对水体造成金属离子污染，这将大大降低处理后水的回收利用价值。

针对均相催化臭氧化在水处理中催化剂不能反复使用、水中容易残留金属离子等缺点，开发可反复利用、易于与水分离的催化剂已成为催化臭氧化水处理领域的一个研究热点。而多相催化臭氧化技术由于其使用的是固体催化剂在一定程度上减少了二次污染，在均相催化受限的水处理领域，特别是饮用水中难降解有机物的去除有着广阔的应用前景。在这一过程中催化剂的选择非常重要，研究开发合适、高效的催化剂会大大提高催化臭氧化的降解效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的复合材料，并提供其臭氧化水处理方法，进而提高催化臭氧化在水处理领域的实际应用价值。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

(1)铜/银复合材料的制备：将30ml乙二醇加入到盛有10mmol CuSO₄·5H₂O的容器中，磁力搅拌下溶解，然后向上述溶液中加入20mL水，继续搅拌10min后转移至250mL烧瓶中，缓慢升温至80℃，在该温度下以3.3mL/min的速度逐滴加入0.2mol/LNaCO₃溶液100mL，继续搅拌1h和静置1h后，依次水洗、乙醇洗，100℃干燥，得到的固体粉末为铜前驱物。准确称量该铜前驱物0.4g于50mL烧杯中，磁力搅拌下分别加入30ml乙二醇、1mL 37％的甲醛、0.2g硝酸银，继续搅拌10min后将其转移至50mL反应釜中，200℃下水热反应6h，自然冷却至室温后，转移到烧杯中乙醇洗，80℃干燥，得到的固体粉末即为铜/银复合材料。

(2)臭氧化水处理：将合成的复合材料加入到废水中，搅拌下通入臭氧，开始催化氧化降解有机污染物。

在实验过程中，我们发现添加催化剂的量与所处理废水的质量之比为0.001，反应温度在25℃时即可达到较好的催化效果。

本发明的显著特点

(1)苯酚在铜/银复合材料上的几乎不存在吸附作用，其催化作用主要来自催化剂表面促进臭氧分子的分解，进而提高降解效率。

(2)铜/银复合材料稳定性好，在一较宽的初始pH范围内(4-8)，均有较好的催化活性。

(3)铜/银复合材料合成过程清洁，能耗低，为其实际应用提供了重要保证。

附图说明

图1为实施例1，2，3所得产品的SEM照片；

图2为实施例1，2，3所得产品的XRD图谱；

图3为实施例4中苯酚随臭氧化时间的浓度变化曲线，(a)线为单独臭氧化(无催化剂)，(b)线为实施例1中Cu-HCHO材料催化臭氧化，(c)线为实施例2中Cu-Ag材料催化臭氧化，(d)线为实施例3中Cu-Ag-HCHO材料催化臭氧化；