[发明专利]一种镍基水处理催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍基水处理催化剂及其制备方法和应用，该催化剂以氧化铝和三氧化钛的混合物为载体，以镍纳米颗粒为催化活性组分，以铈锰铁复合氧化物为助催化剂。将助催化剂前驱体溶液和催化剂载体搅拌均匀、陈腐、挤出成型，经干燥、焙烧后吸附活性组分前驱体，再硼氢化钠还原制得催化剂。该催化剂环境友好，成本低廉，且能够高效催化还原对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等水体污染物。

技术领域

本发明涉及一种镍基水处理催化剂及其制备方法和应用，属于环保催化材料和水污染治理领域。

背景技术

对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等作为常用染料，在其使用过程中有10％～20％被排入水环境中，而含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水毒性高，含致癌、致突变、致畸物质；色度高，在水生系统中抑制植物的光合作用：COD值高，会导致水体富营养。基于上述危害，含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水是目前水处理技术上面临的亟需处理的难题。常用的处理方法有吸附法、膜分离法、普通氧化法、生物法等，但是这些方法具有工艺流程复杂、设备要求高、成本高、破坏微环境等缺点。催化还原法是一种可以彻底解决水体污染，甚至变废为宝的方法，利用硼氢化钠将对硝基苯酚、甲基橙以及亚甲基蓝彻底还原成化工产品，且催化材料可回收再利用，不会残留在废水中对环境造成二次污染。然而，含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水通常呈碱性，且pH值变化大。在现有的催化处理方法中，大多数的催化材料仅在酸性条件下才能降解90％以上的染料。因此，开发pH适应性强且对甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料有高效降解效果的新型催化材料倍受广大科研工作者的关注，利用催化材料处理甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对水污染处理领域的现状及存在问题，而提出了一种pH适应性强且对甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料有高效降解效果的新型催化剂，本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种镍基水处理催化剂，该催化剂以氧化铝和三氧化钛的混合物为载体，以镍纳米颗粒为催化活性组分，以铈锰铁复合氧化物为助催化剂；以载体质量为基准，活性组分的质量百分含量为0.1％～5％，助催化剂的质量百分含量为1％～10％。

本发明技术方案中：活性组分的质量百分含量为0.5％～1％，助催化剂的质量百分含量为2％～4％。

本发明技术方案中：载体中氧化铝和三氧化钛的质量比为1：3～8；助催化剂中氧化铈：氧化锰：氧化铁的质量比为1～10：0.1～3：0.1～3。

在一些具体的技术方案中：载体中氧化铝和三氧化钛的质量比为1：3～5；助催化剂中氧化铈：氧化锰：氧化铁的质量比为1～4：0.1～1：0.1～1。

在一些更优选的技术方案中：载体中氧化铝和三氧化钛的质量比为1：4；助催化剂中氧化铈：氧化锰：氧化铁的质量比为1～4：0.5：0.5。

一种上述镍基水处理催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(3)催化剂载体的制备

将聚乙烯醇加入三氯化铝溶液中，并在温度为70～90℃的条件下搅拌4～8h至聚乙烯醇颗粒完全溶解，得到混合液；再将三氧化钛加入混合溶液中，在温度为70～90℃的条件下搅拌1～3h，得到混合浆液；最后将混合浆料干燥、煅烧得到催化剂载体颗粒；

(4)助催化剂前驱体溶液配制

称取铈盐、锰盐、铁盐和聚乙烯醇，加入去离子水并在温度为70～90℃的条件下搅拌4～8h至聚乙烯醇颗粒完全溶解；

(3)以载体质量为基准，将步骤(1)制得的催化剂载体和步骤(2)制得的助催化剂前驱体溶液混合搅拌均匀，经陈腐后，放于干燥箱中保温干燥，得到坯体；

(4)二次煅烧