申请日2012.12.20
公开(公告)日2013.03.20
IPC分类号B01J23/34; C02F1/78
摘要
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，在含有苯酚类有机物的废水中加入所制入掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料做为催化剂以促进臭氧对苯酚类有机污染物的降解，并在此基础上提出了一种新型的臭氧化水处理方法。该方法属于水处理和环境催化技术领域。所得掺杂氟的二氧化锰纳米纳米复合材料引入了非金属元素氟，具有合成步骤易操作、尺度小、在水溶液体系中分散性好、更易于回收等特点，在臭氧化水处理应用中具有广阔的前景。
权利要求书
1.一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，其特征 在于采用非金属掺杂的纳米材料作为催化剂，具体步骤如下：
(1)掺杂氟的二氧化锰纳米复合材料的制备：将9mmol KMnO4和6mmol MnCl2·4H2O分别溶于80mL、20mL水中。在磁力搅拌的条件下，将MnCl2的水溶液 以2.4mL/min的速率逐滴滴加到KMnO4溶液中，继续以恒定的速率搅拌反应液一个 小时后，向反应液中以2.0mL/min的速率加入15mL一定浓度的NH4F溶液。然后将 反应液转移到120mL的水热反应釜中，并在160℃下反应6h。反应结束后，将反应 釜自然冷却至室温。得到的产物水洗至中性，80℃干燥16h，得到最终的纳米复合材 料。
(2)臭氧化水处理：将合成的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。
2.根据权利要求1所述的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，其复合材料制备中所用NH4F溶液的浓度为0.2-0.8mol·L-1。
说明书
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
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。
