申请日2011.12.06
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C02F1/78
摘要
本发明提出了一种纳米催化剂的制备方法及其使用方法：将三价铈离子(Ce3+)在碱性环境下化学沉淀、于空气气氛中下煅烧得到纳米二氧化铈样品，所得纳米二氧化铈在臭氧化水降解苯酚中显示了良好的催化性能，在此基础上建立了基于纳米二氧化铈催化臭氧化的水处理方法。本发明纳米催化剂的制备方法简便，结构均匀、比表面大、效果显著，开拓了稀土材料在臭氧化中的应用新领域，在水处理和环境催化中具有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种以纳米二氧化铈作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于在臭氧化水处理 的体系中加入纳米二氧化铈材料作为催化剂，促进苯酚类有机污染物的降解，步骤为：
(1)纳米二氧化铈的制备：配制含三价铈离子(Ce3+)0.1-0.5mol·L-1的铈盐水溶液 40ml和1-3mol·L-1的NaOH溶液80ml，搅拌下将NaOH溶液迅速加入铈盐溶液中， 确保氢氧根离子与铈离子的比值为2-30，1h后将沉淀过滤、用去离子水充分洗涤至 pH到中性、烘干，将烘干后的样品研磨、置于马弗炉中于空气气氛中下煅烧，得到纳 米二氧化铈样品;
(2)臭氧化水处理：将得到的纳米二氧化铈样品作为催化剂加入到臭氧化水处理体 系中，通入臭氧，同时开动搅拌、降解水中有机污染物;
(3)纳米二氧化铈样品的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳米 二氧化铈样品从水溶液中分离出来，用于下一次的催化过程。
2.根据权利要求1所述的以纳米二氧化铈作为催化剂的臭氧化水处理方法，添加催化 剂的量与所处理废水的质量之比为0.001。
说明书
一种以纳米二氧化铈作为催化剂的臭氧化水处理方法
技术领域
本发明属于水处理和环境催化领域，涉及一种以纳米二氧化铈作为催化剂的臭氧 化水处理方法。
背景技术
近年来，纳米材料在催化领域的研究引起了全世界的特别关注，多种纳米材料被 开发作为新型的催化剂，显示了优异的催化性能。作为纳米与催化交叉的新兴研究领 域，对促进纳米催化剂理性设计、发展催化理论的重要作用是不言而喻的，研究价值 已经引起关注，蕴含着巨大的原始性创新机遇。
环境问题作为全球的重大问题日益引起人们重视，纳米催化剂在环境保护中具有 广阔的应用前景，其中一个重要领域是含有机污染物废水的催化降解处理。催化臭氧 化是利用催化剂在常温常压下强化臭氧氧化的高级氧化降解过程，其中多相催化备受 青睐。
稀土元素具有独特的f电子构型，因而具有独特的光、电和磁性质，被誉为新材 料的宝库，我国稀土元素储量丰富，但开发利用技术相对落后。当前，稀土化合物作 为催化剂的情况，国内外报道非常罕见。为了进一步开发便于废水处理使用、高效稳 定的臭氧化催化剂，同时为了开拓稀土材料在臭氧化中的应用新领域，本发明采用简 便的化学沉淀法制备了二氧化铈纳米结构，并开发了其作为臭氧化水处理用催化剂的 新用途。
发明内容
本发明的目的是通过调控合成反应条件，开发更加实用高效的纳米二氧化铈，并 提供其作为臭氧化催化剂的使用方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
(1)纳米二氧化铈的制备：配制含三价铈离子(Ce3+)0.1-0.5mol·L-1的铈盐水溶 液40ml和1-3mol·L-1的NaOH溶液80ml，搅拌下将NaOH溶液迅速加入铈盐溶液 中，确保氢氧根离子与铈离子的比值为2-30，1h后将沉淀过滤、用去离子水充分洗 涤至pH接近中性、烘干，将烘干后的样品研磨、置于马弗炉中于空气气氛中下煅烧， 得到纳米二氧化铈样品;
(2)臭氧化水处理：将得到的纳米二氧化铈样品作为催化剂加入到臭氧化水处理 体系中，通入臭氧，同时开动搅拌、降解水中有机污染物;
(3)纳米二氧化铈样品的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳 米二氧化铈样品从水溶液中分离出来，用于下一次的催化过程。
在实验过程中，我们发现氢氧根离子与铈离子的比值为2-30时，得到的二氧化铈 纳米材料结构均匀，所得纳米催化剂的量与所处理废水的质量之比为0.001、反应温度 在室温时即可达到较好的催化效果。
本发明的有益效果：采用相同的原料配比，以不同的铈源、碱性环境合成出前驱 物，通过煅烧后得到不同类型的纳米二氧化铈样品，将这些纳米氧化铈作为催化剂后， 在相同的臭氧投入量，催化剂量，反应温度下，对污水中有机污染物的降解速率均有 所加快，矿化程度有所提高。与现有处理方法相比较，本发明提出的水处理方法具有 显著的特点：
(1)纳米二氧化铈的制备方法操作简单，原料易得，合成过程周期短，无毒无污 染。
(2)纳米二氧化铈颗粒尺度较小，在水中具有良好的分散性，有利于提高与臭氧、 水中污染物的接触。因此在使用过程中，较小的投入量即可取得较好的催化效果。
(3)纳米二氧化铈具有较好的机械强度，在催化臭氧化条件下具有较好的稳定性， 多次重复使用，催化效果都能得到较好的保持，这有利于其进行实际应用。
