申请日2013.03.27
公开(公告)日2014.02.12
IPC分类号C02F1/78; C02F101/30; B01J23/10; C02F1/28
摘要
本发明提供了一种氧化铈改性赤泥催化剂的制备及其在水处理技术中的应用，属于水处理技术和环境功能材料领域。氧化铈改性赤泥催化剂的性状可为粉末或颗粒，以铝工业废物赤泥为主要原料，采用表面负载氧化铈的方法，提高赤泥催化活性;氧化铈改性赤泥催化剂可强化臭氧对水中低浓度、高毒性PPCPs类有机污染物的去除。本发明解决了现有催化臭氧氧化技术中催化剂活性差、制备成本高的问题。作为一种水深度处理技术，氧化铈改性赤泥催化臭氧氧化技术工艺简单、成本低廉，且对低浓度、高毒性PPCPs类有机污染物的除污染效果好，这些优点有利于氧化铈改性赤泥催化剂在水处理技术中的高效应用，提高常规水处理技术的净化效果，为水中低浓度、高毒性PPCPs类有机污染物的净化提供一种新型、高效、价廉的水处理催化剂和深度处理技术。
权利要求书
1.氧化铈改性赤泥催化剂的制备及其水处理中的应用，其特征在于：采用表面负载氧化铈 的方法，提高赤泥原矿的催化活性;氧化铈改性赤泥可以作为高效催化剂应用于水处理 技术中，实现强化有机污染物在催化剂表面的吸附量，提高臭氧对有机污染物的去除效 率，提供出水水质。
2.根据权利要求1所述的氧化铈改性赤泥催化剂，其特征在于可以通过如下过程完成制备：
(1)清洗，将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次后，去除赤泥原矿表面的灰分，于70℃ 的温度下烘干;
(2)前驱体溶液制备，铈盐其躯体为Ce(NO3)3·6H2O或Ce(SO4)2·4H2O或(NH4)2Ce(NO3)6， 浓度为5.6～6.0mmol，完全溶解于90～110mL水中;
(3)浸渍，将4.8～5.2g经过步骤(1)清洗过的赤泥加入到步骤(2)所制备的前驱体溶液 中，形成红色悬浊液;将步骤(3)制备的悬浊液放置于50～60℃的水浴中，保持 11～13h;提高水浴温度至75～85℃，保持9～11h，完成前驱体溶液中水分 的完全蒸发;
(4)老化，将步骤(3)得到的固体放置于90～110℃下干燥10～14h;
(5)负载前驱体分解，将步骤(4)得到的固体颗粒置于高温炉中，在流速为90～110 cm3/min的氦气其留下，以4.5～5.5℃/min的升温速度升高温度至380～420℃， 并保持3.5～4.5h;
(6)冷却，自然降温至23～27℃;
(7)研磨与过筛，经步骤(6)得干燥粉末，将其研磨并过筛，选取粒径在0.075～0.15mm 范围的颗粒。
3.根据权利要求2所制备的氧化铈改性赤泥催化剂，其特征在于氧化铈改性赤泥催化剂的 Ce负载量为20%。
4.根据权利要求1所述的氧化铈改性赤泥催化剂在水处理中的应用，通过以下几个步骤实 现：
(1)工艺所需臭氧浓度为0.2～1.0mg/L;
(2)工艺所需氧化铈改性赤泥催化剂投量为50～500mg/L;
(3)待处理水体中PPCPs有机污染物浓度为0.9～1.1mg/L水平;
(4)臭氧、催化剂和污染水体的接触时间为25～35min;
(5)待处理水体pH范围为6.0～8.0。
说明书
一种氧化铈改性赤泥催化剂的制备及其在水处理技术中的应用
技术领域
本发明涉及一种多相催化臭氧氧化除污染水深度处理技术及其催化剂的制备方法。
背景技术
近年来，具有“三致”作用或内分泌干扰作用的新型污染物——药物及个人护理品 (pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)在地表水环境中不断被人们检测发现， 引发各国学者极为广泛的关注。随着我国PPCPs生产量、使用量和排放量的不断增大，水环 境中PPCPs污染日趋严重，给我国生活污水处理及回用技术提出了新的挑战。由于常规生活 污水处理工艺对PPCPs的去除能力十分有限，甚至无能为力。因此，水中低浓度、高稳定性 PPCPs对地表水水质构成极大威胁。为此，开展针对PPCPs类污染物强化去除技术的基础理 论和应用研究，为开发经济、高效的水深度处理技术，保障水质安全，改善水环境质量提供 科学依据和技术支撑，具有十分重要的理论和现实意义。
多相催化臭氧氧化技术没有向工艺中引入其它能量和有毒有害的化学药剂，催化剂可一 次性填装于反应器内，操作简单、便于在实际的水处理工艺中应用。但目前所采用的催化剂 普遍存在催化效率低、成本高、且具有一定的选择性，难以满足实际需求。因此，迫切需要 开发和制备新型、高效和经济的催化剂，以解决水中低浓度、高毒性的PPCPs类有机污染物 的强化去除问题。
赤泥作为氧化铝生产过程中产生的强碱性废渣，含有大量的铁、铝、钛、钙等金属氧化 物，其主要矿物成分包括赤铁矿(α-Fe2O3)、针铁矿(α-FeOOH)、三水硬铝石(Al2O3·3H2O)和石 英(SiO2)等。可见，赤泥是多种高效水处理化学品的基本制备原理，具有催化臭氧氧化除污染 的应用潜能。近年来，我国对原铝的需求量逐年增加，赤泥的产生量也呈现出逐年增加的态 势。鉴于此，采用适度的处理技术改变赤泥表面结构和优化矿物组成，可提高赤泥在催化臭 氧氧化过程中的催化活性。
发明内容
本发明旨在提供一种新型、高效和经济的催化臭氧氧化水深度处理技术及其催化剂制备 方法。该催化剂可以显著强化PPCPs类新型污染物在催化剂表面的吸附，为臭氧和污染物的 降解反应提供平台，最终实现难降解有机污染物的强化去除。与其它催化臭氧氧化水处理技 术相比较，本发明可显著提高除污染效能，同时大大降低了催化剂的原料成本和制备成本， 并且资源化利用了工业废物赤泥，实现“以废治废、变废为宝”。
本发明提供一种氧化铈改性赤泥催化剂的制备及其在水处理技术中的应用，其特征在于 (一)采用表面负载氧化铈的方法，提高赤泥原矿的催化活性;氧化铈改性赤泥可以作为高 效催化剂应用于水处理技术中，实现强化有机污染物在催化剂表面的吸附量，提高臭氧对有 机污染物的去除效率，提供出水水质;其特征在于(二)可以通过如下过程完成制备：(1)清 洗，将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次后，去除赤泥原矿表面的灰分，于70℃的温度 下烘干;(2)前驱体溶液制备，铈盐其躯体为Ce(NO3)3·6H2O或Ce(SO4)2·4H2O或 (NH4)2Ce(NO3)6，浓度为5.6～6.0mmol，完全溶解于90～110mL水中;(3)浸渍，将4.8～ 5.2g经过步骤(1)清洗过的赤泥加入到步骤(2)所制备的前驱体溶液中，形成红色悬浊液;将 步骤(3)制备的悬浊液放置于50～60℃的水浴中，保持11～13h;提高水浴温度至75～ 85℃，保持9～11h，完成前驱体溶液中水分的完全蒸发;(4)老化，将步骤(3)得到的固 体放置于90～110℃下干燥10～14h;(5)负载前驱体分解，将步骤(4)得到的固体颗粒 置于高温炉中，在流速为90～110cm3/min的氦气其留下，以4.5～5.5℃/min的升温速 度升高温度至380～420℃，并保持3.5～4.5h;(6)冷却，自然降温至23～27℃;(7) 研磨与过筛，经步骤(6)得干燥粉末，将其研磨并过筛，选取粒径在0.075～0.15mm范围的颗 粒;其特征在于(三)氧化铈改性赤泥催化剂的Ce负载量为20%。
本发明提供了一种氧化铈改性赤泥在水处理中应用的方法，其特征在于(四)该技术通 过以下几个步骤实现：(1)工艺所需臭氧浓度为0.2～1.0mg/L;(2)工艺所需氧化铈改性赤泥 投量为50～500mg/L;(3)待处理水体中PPCPs有机污染物浓度为0.9～1.1mg/L水平;(4)臭 氧、催化剂和污染水体的接触时间为25～35min;(5)待处理水体pH范围为6.0～8.0。
