[发明专利]一种以掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法

说明书

技术领域

本发明提出一种以掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法来降低水污染，属于环境催化和水处理领域。

背景技术

当下，工业不断进步，但是不可避免的产生很多污染。做为广泛应用于药物、染料、纤维、酚醛树脂合成以及医药消毒剂等领域的重要工业原料，苯酚在国内外的使用量一直处于上升的趋势。苯酚由于对中枢神经有抑制能力并会损坏肾功能，被认为是一种高毒类物质。由于苯酚的结构问题，各类工厂排出的废水中的酚类物质极难自然降解。臭氧本身具有一定氧化能力，且易于分解，是降解各类有机化合物理想的氧化剂。但是由于臭氧单独氧化有反应速率慢、降解范围窄、矿化率低等问题，在臭氧氧化过程中加入催化剂的催化臭氧化反应有其独特的应用前景。

催化臭氧化反应是一种高级氧化反应，是对传统非催化臭氧氧化反应的改进和加强。它通过催化剂的作用，提高臭氧氧化的能力，使有机物在较短的时间内降解、矿化。在催化臭氧氧化降解过程中，催化剂起到两方面作用：一是提高臭氧的反应活性和利用率；二是提高有机物的降解速率和矿化程度。相比于均相催化臭氧化反应，多相催化臭氧化反应具有对臭氧分解速率高、催化剂易于回收再利用、无二次污染等优点，已经在要求愈来愈严格的环保处理中得到广泛认可。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的纳米复合材料，并提供其在臭氧化水处理中的使用方法，进而提高催化臭氧化在水处理领域的实际应用价值。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

(1)掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料的制备：将9mmol KMnO₄、6mmol MnCl₂·4H₂O分别溶于80mL、20mL水中。然后将MnCl₂以2.4mL/min的速率逐滴加入到KMnO₄溶液中，搅拌一个小时。此时再将10mL不同浓度的NH₄F溶液以2.0mL/min的速率滴加到反应液中。继续搅拌一个小时后，将反应液转移到水热反应釜中并在将160℃下反应6h。得到的产品水洗至中性，80℃下干燥18h。

(2)臭氧化水处理：将所得纳米复合材料加入到废水中，搅拌下通入臭氧，催化氧化降解有机污染物。

在实验过程中，其复合材料制备中所用NH₄F溶液的浓度为0.2-0.8mol·L^-1，添加催化剂的质量与所处理废水的质量之比为1∶1000，反应温度为25℃时可达到较好的催化效果。

本发明的显著特点：

(1)掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料引入了非金属元素，显著提高了纳米复合材料在臭氧对含苯酚类废水的降解。其催化作用除了来源于纳米复合材料中二氧化锰相以外，掺杂的氟元素也有效的促进了纳米复合材料与臭氧的作用，最终得到较好的催化效果。

(2)掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料尺寸较小，在水中易于分散，使得纳米复合材料与臭氧以及苯酚类污染物的接触面积增大，最大程度的利用了促进了污染物的降解。

(3)掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料合成过程简单环保，合成过程中无二次污染，且通过简单的沉降即可回收再利用，为其实际应用提供了重要保证。

附图说明

图1中(a)、(b)、(c)、(d)分别为实施例1，2，3，4所得产品的SEM照片；

图2中a、b、c、d分别为实施例1，2，3，4所得产品的XRD图谱；

图3为实施例6中苯酚随臭氧化时间的浓度变化曲线，a线为单独臭氧化(无催化剂)，b线为实施例1中纳米材料催化臭氧化，c线为实施例2中纳米材料催化臭氧化，d线为实施例3中纳米材料催化臭氧化，e线为实施例4纳米材料催化臭氧化，

具体实施方式

为了更具体的说明本发明的方法，下面给出本发明的实施例，但本发明的应用不限于此。

实施例1