[发明专利]一种催化臭氧化水中有机物的镍基体负载铁酸镍-氧化镍复合催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种催化臭氧化水中有机物的镍基体负载铁酸镍‑氧化镍复合催化剂的制备方法及应用，属于环境催化和水处理技术领域。本发明通过水热的方法，称取Fe(NO₃)₃·9H₂O和CH₄N₂O加入到溶剂中得到混合溶液，将混合溶液加入反应釜中，与镍基体接触，将反应釜置于烘箱内，得到的固体产物洗涤干燥后高温焙烧，得到所述的催化剂。使用本发明的催化剂的催化臭氧化使污水中有机污染物的降解速率有所加快，矿化程度有所提高。此外镍基体负载铁酸镍‑氧化镍复合催化剂相对于传统纳米催化剂而言，反应结束后通过机械的方法能有效地将其分离，克服了传统纳米催化剂难分离、耗费高的缺点，便于重复利用。

技术领域

本发明属于环境催化和水处理技术领域，具体涉及一种催化臭氧化水中有机物的镍基体负载铁酸镍-氧化镍复合催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着经济快速迅猛的发展，能源和环境问题日益凸显出来。而水资源是人类赖以生存和发展的物质基础。水是人类最必需的营养素之一，饮用水的质量直接影响每个人的身体健康状况，如果不慎饮用被污染的水会引起急性或慢性中毒，或者可致突变、致畸形甚至致癌，也可能会引发一些介水传染病影响更多人的健康。同时水也是宝贵的自然资源，水也以水汽、冰雹、雾、霜等形态起着调节气候的作用，人类的生存、动植物的生长以及工业农业的生产都离不开水。可是我国的水资源存在两个严峻的问题：淡水资源短缺和水环境污染严重。其中许多有机污染物毒性大、难被生物降解，对生态环境和人类健康造成了严重的威胁，因此对于该类有机废水的有效处理引起人们广泛关注。

臭氧分子有三个氧原子构成，其密度比空气大，反应活性很强，具有极强的氧化性，臭氧会因为光、热、金属氧化物存在等条件下加速分解产生氧气和高活性的氧原子。标准情况下，它在水中的氧化还原电位为2.07eV，可以用于杀菌、消毒等等。臭氧与有机物发生反应有着明显的特点，易于攻击电子云密度较高的不饱和化学键，臭氧与不饱和化学键易发生反应，生成二氧化碳、水等产物；而对于饱和化学键的氧化能力相对弱一些。臭氧在水中可以产生羟基自由基，羟基自由基的氧化还原电位为2.8eV，这是目前水处理中氧化能力最强的氧化剂，它可以广泛地分解水中的有机物，能使这些有机物降解为几乎无毒害的水和二氧化碳。因此，在水体环境中，臭氧对有机污染物的氧化降解有两种途径：溶解在水中的臭氧(1)可以直接与水中的有机物发生反应，(2)也可以通过产生羟基自由基氧化水中有机物，实现有机污染物的矿化。

催化臭氧化可分为均相催化和多相催化。多相催化臭氧化在常温常压下反应，操作方便、氧化能力强，在有机废水处理中应用前景广阔。近年来，随着纳米材料与纳米技术的研究不断深入，纳米材料制备技术日臻成熟，纳米材料在催化臭氧化领域的研究引起了人们的广泛关注。

传统的纳米催化剂面临着回收困难，易造成二次污染等难题。多孔及网状镍基体材料易于在表面直接生长镍基化合物(如氧化物等)纳米材料，获得镍基体负载的镍基纳米催化剂用于催化臭氧化反应具备以下优点：一方面该催化剂具备传统纳米催化剂的优点，即颗粒尺寸小、比表面大、暴露的活性位点多，有利于提高催化臭氧化效率；另一方面，该催化剂可以快速便捷地与水体系分离，易于实现回收、再利用，克服了传统纳米催化剂难回收、利用率低的缺点。多孔和网状镍基体负载的纳米催化剂的使用，可以显著提高催化剂的使用效率、避免催化剂对水质造成二次污染、降低污水处理成本。因此开发高效的多孔和网状镍基体负载的纳米催化剂，是推进催化臭氧化工业化应用的一种有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基体负载铁酸镍-氧化镍复合催化剂的制备方法，并将该催化剂用于催化臭氧化水中有机物，解决现有催化剂臭氧化降解效率较低、催化剂回收工艺复杂、重复利用率低的问题，实现降低水污染，提高催化臭氧化的应用价值。

本发明的一种催化臭氧化水中有机物的镍基体负载铁酸镍-氧化镍复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：