[发明专利]非贵金属催化氧化复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种非贵金属催化氧化复合材料，以山核桃壳粉为基体，Fe₂O₃负载在基体上，Cu以及MnO₂负载在基体及Fe₂O₃上，从而形成复合介孔材料；所述Fe₂O₃组分与基体的质量比为0.01～0.16：1，Cu组分与基体的质量比为0.001～0.015：1，MnO₂组分与基体的质量比为0.002～0.03：1；所述基体的粒径为50～1000μm。本发明的制备方法利用三个步骤，完成了不同层次的Fe₂O₃主催化成分、MnO₂以及Cu的助催化成分的结构构建，通过了颗粒的不同层次的构建，达到了提升催化组分颗粒间的界面催化能力，提升了材料处理实验室综合有机废水的处理能力。

技术领域

本发明涉及一种非贵金属催化氧化复合材料，尤其涉及一种山核桃壳基体的高分散纳米Cu-Mn-Fe氧化物复合材料及制备方法。本发明还涉及上述催化氧化复合材料在废水处理中的应用。

背景技术

臭氧催化氧化技术是一种高效的污水深度处理技术，是近年来工业污水处理领域的研究热点。目前，对臭氧催化氧化催化剂制备、催化机理以及降解污染物已有大量的研究，与臭氧单独相比，臭氧在催化剂的作用下形成的O H·与有机物的反应速率更高、氧化性更强，几乎可以氧化所有的有机物，可以将有机物完全矿化，提高污水TOC的去除率。

催化氧化技术中，非均相催化有着对处理废水稳定等优点。对于非均相臭氧催化氧化的反应机理有3种，分别为自由基反应机理、表面配位络合机理以及二者的结合。由于非均相臭氧催化氧化的核心在于催化材料的制备与系统工艺的设置，因此，对于催化材料的研究成果就决定着臭氧催化氧化对于有机污染物的氧化效能。由于有机物的吸附以及臭氧分解一般发生于催化剂的中孔结构中，因此具有大中孔体积的催化剂的催化性能明显优于其他催化剂。

Cu、Mn、Fe催化方面的应用潜力是近期被发现的，并备受关注。制备活性复合材料，需要对其诸如颗粒粒径、表面组成等属性进行设计和制备。但是，由于其制备工艺等条件的限制，常常使得复合氧化物材料仍然受到低比表面积、粗颗粒等属性的制约。因此，如何从结构改进和参杂氧化物复合材料的角度进一步提高臭氧催化氧化的包括催化活性在内的各种属性是目前臭氧催化氧化复合材料制备过程中所面临的主要难题之一。且主要方向为必须在增加孔隙率或添加活性组分前提下，在稳定基体材料上进行材料的综合设计和制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种基体稳定，具有良好催化性能的Cu-MnO₂-Fe₂O₃/基体氧化物复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种非贵金属催化氧化复合材料，以山核桃壳粉为基体，Fe₂O₃负载在基体上，Cu以及MnO₂负载在基体及Fe₂O₃上，从而形成复合介孔材料；所述Fe₂O₃组分与基体的质量比为0.01～0.16：1，Cu组分与基体的质量比为0.001～0.015：1，MnO₂组分与基体的质量比为0.002～0.03：1；所述基体的粒径为50～1000μm。

优选地，所述的山核桃壳粉粒径200～700μm。

优选地，所述的Fe₂O₃组分与基体的质量比为0.05～0.12：1。

优选地，所述的Cu组分与基体的质量比为0.005～0.012：1，所述的MnO₂组分与基体的质量比为0.005～0.012：1。

一种非贵金属催化氧化复合材料的制备方法，包括下述步骤：