[发明专利]一种纳米级臭氧氧化催化剂的制备方法与应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种臭氧氧化催化剂的制备方法。通过本发明方法制备得到的纳米级臭氧氧化催化剂是由SnO₂和TiO₂两种金属氧化物共晶生长而形成的一种纳米级Sn/Ti复合型材料。本发明通过采用纳米Sn/Ti双金属复合型材料，以模板剂作为结构引导，使得金属晶体生长于一定的骨架结构中，同时使材料具有一定的空间结构，吸附性能佳。由本发明方法得到的臭氧氧化催化剂活性组分含量极高，污染物去除率高，催化活性高，活性组分流失少且不影响催化剂活性，对氯霉素废水、青霉素废水、红霉素废水、链霉素废水、万古霉素废水和吡哌酸废水等抗生素废水进行臭氧催化氧化处理具有明显的催化效果。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种臭氧氧化催化剂的制备方法。

背景技术

抗生素污染是药物和个人护理产品(PPCPs)污染中最重要的一种，因抗生素具有污染面广、难降解、毒性大、易沉积等特点，且传统的水处理工艺对抗生素去除效果差，微量抗生素即可能引起微生物的耐药性，对人类健康和生态系统造成重大威胁。抗生素废水常用的处理技术包括焚烧法、微电解法、Fenton试剂法和其他高级氧化技术等。其中微电解法是使用铁碳形成微小原电池，释放新生态Fe²⁺和[H]与溶液中的组分发生反应，进而达到去除污染物的目的，然而存在对抗生素类物质去除率较低的问题；Fenton试剂法是一种传统的水处理技术，通过产生氧化能力极强的·OH自由基对废水中有机物进行深度氧化，然而Fenton法通常需要投加大量外加试剂、产生大量铁泥，同时存在稳定性差的问题。

臭氧氧化技术在水处理领域得到了广泛应用，如城市给水的杀菌消毒、工业废水的深度处理等。目前该技术在有机废水特别是难生物降解有机废水处理方面受到越来越多的重视。但由于其氧化选择性、臭氧利用率低、运行成本高等问题，臭氧氧化技术的推广应用受到了严重限制。以此为背景，采用催化剂提高臭氧氧化效率、增强臭氧氧化能力、降低运行成本的技术备受关注。

CN104646020A号中国专利申请公开了一种催化剂的制备方法，它的制备步骤：(1)以活性炭为载体，依次经过碱洗、酸洗、去离子水冲洗后，烘干备用；(2)在50～80℃条件下于硝酸铁、硝酸锰溶液中浸渍3～5h，在100～120℃下烘干2～3h；(3)在300～500℃下焙烧2～3h，制得臭氧氧化催化剂。

CN104289250A号中国专利申请公开了一种催化剂的制备方法，将过渡金属硝酸盐溶液溶于十六烷基三甲基溴化铵溶液中，加入氨水形成溶胶溶液，将分子筛混合于溶胶中搅拌均匀，经过滤洗涤干燥焙烧得到金属氧化物改性分子筛，改性分子筛与吸附剂、添加剂溶于水中均匀混合，将蜂窝活性炭浸渍于该溶液中20～60分钟，烘干、在500～600℃氮气中焙烧2～6小时得到负载型臭氧氧化催化剂。

上述臭氧氧化催化剂的制备均是在载体上负载活性组分，催化剂具有一定的催化活性，但以惰性物质作为载体材料，活性组分含量较少，催化活性较低；且活性组分只能负载于载体表面，长时间使用过程中活性组分易流失，导致催化剂失活。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有活性组分含量极高，污染物去除率高，催化活性高，活性组分流失少且不影响催化剂活性等优点的纳米级臭氧氧化催化剂的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的一种纳米级臭氧氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锡盐溶解于盐酸和无水乙醇的混合液中后加入稳定剂，将钛基化合物加入上述混合溶液中，其中Sn与Ti的摩尔比为1:2～1:20；搅拌中缓慢滴加超纯水，搅拌均匀后得到透明稳定的凝胶溶液；

(2)以十六烷基三甲基氯化铵(简称CTAB)为结构导向剂，以超纯水为溶剂，以Sn：CTAB摩尔比为1:1～1:200，配制与步骤(1)制备的凝胶溶液体积相同的CTAB溶液，即为模板剂溶胶溶液；