[发明专利]一种紫外光‑臭氧协同氧化催化材料及制备和应用

权利要求书

1.一种紫外光-臭氧协同氧化催化材料，其特征在于：以负载活性炭的锰砂颗粒为基本骨架；以混合金属氧化物作为活性组分负载在基本骨架的最外层；其中，基本骨架上活性炭负载量为基本骨架比表面积达到3000m²/g～4000m²/g；混合金属氧化物中的主要活性组分为TiO₂，助活性组分为碱土金属氧化物，活性组分总负载量为基本骨架质量的10％～30％。

2.根据权利要求1所述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料，其特征在于催化材料的粒径为0.225mm～0.550mm。

3.根据权利要求1所述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料，其特征在于所述锰砂颗粒是天然锰矿砂；其粒径为0.150mm～0.300mm；所述的活性炭是粉末状果壳活性炭，其碘值为1200mg/g～1500mg/g的，其粒径为0.075mm～0.105mm。

4.根据权利要求1所述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料，其特征在于所述的碱土金属氧化物为CaO和MgO，其质量比CaO：MgO为(1～5)：1；助活性组分碱土金属氧化物的负载质量占主要活性组分TiO₂负载质量的1％～10％。

5.根据权利要求1所述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料，其特征在于负载的混合金属氧化物结构均为钙钛矿型。

6.一种制备如权利要求1所述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料的方法，其具体步骤如下：

(1)取天然锰矿砂在自来水下冲洗，在酸溶液中煮沸，过滤，自来水冲洗至中性，干燥；

(2)将果壳活性炭粉末加入碱溶液配置成混合溶液，使活性炭在水浴中搅拌活化；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液真空过滤，取出滤后的活性炭粉末，将其置于100～200℃的电热鼓风干燥箱中干燥2～4小时至恒重；降温后，取出活化后的果壳活性炭，待用；

(4)配制浓度为10％～20％的碱溶液，将上述活化处理后的果壳活性炭按与碱溶液质量体积比g/L为(10～20):1搅拌混匀，制成活性炭胶体溶液；

(5)将预处理后的锰砂颗粒按与活性炭胶体溶液质量体积比为(20～40):1g/L浸渍在步骤(4)得到的活性炭胶体溶液中，陈化2～3小时，后经过滤，在保护气氛下进行500～800℃高温焙烧处理2～4小时，得到锰砂-活性炭骨架结构，重复浸渍焙烧，直至该骨架结构的比表面积达到3000m²/g～4000m²/g；

(6)分别配制质量浓度为10～20g/L的二氧化钛溶液、氧化钙和氧化镁溶液；将氧化钙与氧化镁溶液以(1～5)：1体积比混合均匀，制成混合碱土金属氧化物溶液A；

(7)将上述TiO₂溶液与混合溶液A以(1～3)：1的体积比混合均匀，制成混合溶液B；

(8)取步骤(5)中催化材料的骨架结构按固液质量体积比为(10～20)：1g/L浸渍在上述混合溶液B中，浸渍6～12小时后取出；在保护气氛下进行二次高温焙烧处理，焙烧温度为400～800℃，焙烧时间为2～4小时；重复浸渍焙烧，直至总金属氧化物负载质量为负载前锰砂-活性炭骨架质量的10％～30％；得紫外光-臭氧协同氧化催化材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(1)中酸溶液为质量浓度为10％～20％的硝酸溶液；锰砂颗粒与酸溶液的固液体积比为(20～40)：1g/L；煮沸时间为1～2小时；于鼓风干燥箱中的干燥温度为100℃～200℃，干燥时间为1～2小时；步骤(2)中碱溶液为质量浓度为10％～50％的氢氧化钠溶液；粉末活性炭与碱溶液的质量体积比为(20～50):1g/L；水浴活化温度为80～100℃，活化时间为6～12小时，搅拌转速为400～800r/min。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(5)和(8)中所述的保护气氛为氦气。

9.一种如权利要求1所述的紫外光-臭氧协同氧化催化材料在微污染原水中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其具体步骤为：

(1)取COD含量在50～1000mg/L的微污染原水，将紫外光-臭氧协同氧化催化材料按其质量与废水体积比为(10～50)：1g/L投入将要处理的废水中，将PH调至5～7范围内，同时辅以100W-300W高压紫外汞灯照射；

(2)将吸附饱和后的复合材料过滤后继续辅以100W-300W高压紫外光照射，使表面污染物降解，再重新投入废水处理体系中循环利用。