[发明专利]Al/Si-C基多孔核壳分离球体及其负载型催化剂和应用

说明书

本发明提供了一种Al/Si‑C基多孔核壳分离球体及其负载型催化剂和应用。该Al/Si‑C基多孔核壳分离球体包括氧化铝和/或氧化硅球体骨架以及负载在其中的活性炭，活性炭与球体骨架之间具有球体通道。本发明通过有氧热解，使得活性炭中能够发生热氧降解的基团热解消除，从而与氧化铝和/或氧化硅球体骨架之间形成球体通道；或者通过木质原料的无氧热解，在形成活性炭的过程中形成球体通道。将其负载钛系催化剂催化剂后，用于臭氧催化氧化和双氧水催化氧化，能显著提高废水中有机物降解效率，降低氧化剂消耗量。

技术领域

本发明涉及废水处理用材料制备技术领域，尤其涉及一种Al/Si-C基多孔核壳分离球体及其负载型催化剂和应用。

背景技术

随着生产规模的不断扩大及工业技术的飞速发展，含有高浓度难降解、且有毒有害的有机废水污染源日益增多。目前处理各种有机废水的方法包括物理、生物及化学方法，其中物理法是将污染物加以收集与转移，而不是消除。生物法是目前使用最成功与广泛的方法，但处理周期较长，且对可生化活性差以及高生物毒性的污染物处理较难。以高级氧化技术为代表的化学方法能够将污染物中的绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景，但在实际的工业应用方面还存在一些技术难题。比如：1)由于大量使用金属离子作为催化剂，随着反应的进行，反应介质逐渐酸化，同时由于较高的处理温度，金属离子大量溶出，形成二次污染；2)反应受pH限制严重，如Fenton体系需要在pH3-4的条件下进行；3)部分氧化技术设备投资大，如湿式氧化需要高温高压条件。

为克服以上缺点，发明专利“一种活化双氧水氧化降解废水有机污染物的方法”(ZL 200910061122.0)利用碳酸氢盐活化双氧水实现有机废水的有效解。不仅如此，在该体系中加入微量的水溶性过渡金属离子会提高其催化活性(Applied Catalysis B:Environmental,2011,102:37-43)。均相Co/Na₂CO₃/H₂O₂系统虽然有催化效率高，氧化能力强等优点，但同时也存在着局限性，比如催化剂不易回收再利用等，而最大的缺点就是均相催化体系中的Co²⁺，尽管用量不是很多，但仍然会造成潜在的二次污染和生物毒性。

近年来研究负载金属离子催化剂用于降解有机污染物成为该领域的新点。微孔材料具有吸附性能好、水热稳定性高等优点，因此被广泛用于金属离子催化剂的载体。活性炭是极具代表性的微孔材料，它具有比表面积大、机械强度高、吸附性能好等优点，而且合成原料丰富、合成方法成熟，因此被广泛用作吸附领域的高效吸附剂。但活性炭的微孔结构单一、孔径小、孔道易堵，这限制了活性炭对大体积分子的吸附性能。为了提高对大体积分子的吸附效果，人们研发出了介孔材料。介孔材料孔径均一，孔道高度有序且孔径可调，但介孔材料具有无定形的孔壁结构，水热稳定性差，而且其表面含有大量的硅羟基，亲水性强，因此这限制了介孔材料对水蒸气含量较多的油气的吸附。

有鉴于此，有必要设计一种新型有效、无二次污染且易回收的负载型催化剂，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Al/Si-C基多孔核壳分离球体及其负载型催化剂和应用。本发明通过有氧热解，使得活性炭中能够发生热氧降解的基团热解消除，从而形成球体通道，或者通过木质原料的无氧热解，同时形成活性炭和球体通道。将其负载钛系催化剂催化剂后，用于臭氧催化氧化和双氧水催化氧化，能显著提高废水中有机物降解效率，降低氧化剂消耗量。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种Al/Si-C基多孔核壳分离球体，包括氧化铝和/或氧化硅球体骨架以及负载在其中的活性炭，所述活性炭与所述球体骨架之间具有球体通道。

作为本发明的进一步改进，所述活性炭与所述球体骨架的质量比为1:(2-10)，所述氧化铝与氧化硅的质量比为1:(0-1)。

作为本发明的进一步改进，所述活性炭的粒径为0.05～0.3mm，所述球体骨架的直径为0.5～2mm。