专利名称：一种用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于饮用水处理技术领域，具体涉及一种用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂及其 制备方法。
背景技术：
随着饮用水水质指标的不断提高和水源水质的日益恶化，传统给水处理工艺越来越难 以达到水质目标，饮用水深度处理技术得到广泛的研究。以臭氧做为氧化剂对水中微量有 机难降解有机物进行氧化分解成为一种重要的方法和途径。
臭氧具有较强的氧化性，氧化能力高于氯和高锰酸钾，能够氧化很多有机物，而且在 水中多余的臭氧可以在短时间内分解为氧气，避免了二次污染，是一种有前途的氧化剂。 但单纯的臭氧氧化对一些高稳定性污染物氧化效率很低，要提高对有机污染物的去除效率 必须利用催化剂进行催化氧化。臭氧催化氧化主要有以下几个机理①通过催化剂强化产 生更多的具有极高氧化还原电位(2.8v)的羟基自由基，使有机污染物得到完全的降解； ②通过催化剂与水中有机污染物发生络合反应，使有机污染物更易于被氧化分解；③通过 催化剂使臭氧和有机物得到富集，从而加快有机物的氧化分解速度。液态及紫外光催化剂 由于自身的局限难以得到推广，固相催化剂是研究较多的催化形式。
催化剂表面的物理化学性质、臭氧和有机污染物在催化剂表面的传质效率是影响固相 催化臭氧氧化效果的主要因素。催化剂表面性质应该有利于臭氧生成羟基自由基，能够使 有机物有效吸附络合在催化剂表面；催化剂的固相形态若有利于水中溶解的有机物、臭氧 向催化剂表面的传质，就能够有效提高有机污染物的氧化分解效率和臭氧的利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂及其制备方法。 本发明提出的用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂，该微孔陶基催化剂包括硅藻土、活性 组分、成孔剂和粘土，组分的重量百分比如下
硅藻土 30~70%, 活性组分10~30%， 成孔剂5 15%， 粘土 5~15%， 其余为水，其总重量满足100°/。。
本发明中，所述活性组分为铝矾土、赤铁矿石、磁铁矿石、褐铁矿石、水锰矿石、菱 锰矿石或菱镁矿石中的一种或几种。
本发明中，所述成孔剂为木粉、淀粉、煤粉或活性炭中的一种或几种。 本发明提出的用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂的制备方法，具体步骤如下
(1) 按比例称取原料，混合、研磨至粒径在10pm 10(Him;
(2) 向步骤(1)所得混合料中加水，压模成型制成生坯，常温下干燥12 48小时；
(3) 向步骤(2)所得材料烧制，烧制过程中窑炉温度升至400~700°C ，在该温度下烧制2~8 小时，再将窑炉温度升至850 105(TC，在该温度下烧制2 8小时，自然冷却，即得所需产
口
叩o
本发明中，硅藻土是原料的主要成分，其本身即含有很多微孔一直被作为有效的过滤 材料进行使用，活性组分是使催化剂具有吸附和催化作用的主要成分，成孔剂是保证催化 剂有均匀、畅通的水流通道以及巨大比表面积的主要成分。
本发明以几种具有催化效能活性组分的天然矿物和有机质为原料，通过一定的方法制 备出新型微孔陶基催化剂。按照本发明方法制备的催化剂，表面带有多种不同种类的具有 催化活性或吸附活性的原子和官能团，既能够有效吸附水中杂质，使有机污染物在催化剂 表面浓度富集、增加与产生的羟基自由基发生反应的机会，又可能通过有机污染物与催化 剂表面官能团络合，使其化学键状态发生变化，更容易被氧化分解，同时催化剂表面的部 分官能团可以强化臭氧产生羟基自由基，加强氧化作用。
按照本发明方法制备的催化剂，在结构形态上含有丰富的互相连通的微孔结构，这种 结构使催化剂具有极大的表面积，使催化剂与水能够最大限度地接触，发挥催化作用。本 发明催化剂比表面积一般约为2.0 5.0m々g，催化剂微孔平均孔径为10~80l^m。水流以一定 的速度穿过这些微孔时，水中溶解的臭氧和有机污染物能够快速接近催化剂表面，吸附、 络合于其上。在臭氧催化氧化有机污染物的过程中，臭氧和有机污染物的接近、臭氧生成 羟基自由基是速度限制步骤，是影响反应速度的主要因素，本催化剂可以加快反应速度， 提高反应效率。
本发明催化剂极大地提高了有机污染物的去除率和臭氧的利用效率。 将含有有机污染物的水溶入一定浓度的臭氧后，以一定流速穿过按照本发明方法制备
的催化剂，在一定的停留时间之下，水中微量有机污染物能够大比例地被去除，降低到水
质检测指标以下。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例l:按照质量比将60份硅藻土、 5份赤铁矿石、5份水锰矿石、IO份木粉和IO 份黏土混合、研细、过筛之后，加水10份搅匀，在模具中压坯成型之后，常温下干燥48 小时。将催化剂生坯放置在陶钵中，加盖封闭，在窑炉中合适位置摆放好。先将窑炉加温 至60(TC，持续4小时，再将窑炉升温至1050°C，持续4小时，然后打开窑炉自然冷却， 即制得所需催化剂。按本实施例制得催化剂比表面积为3.2m7g，平均孔径为25Hm。
实施例2:按照质量比将50份硅藻土、 4份铝矾土、 3份赤铁矿石、3份水锰矿石、 12份煤粉和13份黏土混合、研细、过筛之后，加水15份搅匀，在模具中压坯成型之后， 常温下干燥48小时。将催化剂生坯放置在陶钵中，加盖封闭，在窑炉中合适位置摆放好。 先将窑炉加温至50(TC，持续4小时，再将窑炉升温至IOO(TC，持续4小时，然后打开窑 炉自然冷却，即制得所需催化剂。按本实施例制得催化剂比表面积和平均孔径与上例接近。
实施例3:按照质量比将40份硅藻土、 15份铝矾土、 8份赤铁矿石、5份水锰矿石、 15份木粉和7份黏土混合、研细、过筛之后，加水10份搅匀，在模具中压坯成型之后， 常温下干燥48小时。将催化剂生坯放置在陶钵中，加盖封闭，在窑炉中合适位置摆放好。 先将窑炉加温至400°C,持续4小时，再将窑炉升温至900°C，持续4小时，然后打开窑 炉自然冷却，即制得所需催化剂。按本实施例制得催化剂比表面积为2.8m7g，平均孔径 为30Wn。
实施例4:按照质量比将50份硅藻土、 5份铝矾土、 5份赤铁矿石、5份水锰矿石、 IO份煤粉和IO份黏土混合、研细、过筛之后，加水15份搅匀，在模具中压坯成型之后， 常温下干燥36小时。将催化剂生坯放置在陶钵中，加盖封闭，在窑炉中合适位置摆放好。 先将窑炉加温至450'C，持续6小时，再将窑炉升温至100(TC，持续3小时，然后打开窑 炉自然冷却，即制得所需催化剂。按本实施例制得催化剂比表面积和平均孔径与例1接近。
实施例5:按照质量比将47份硅藻土、 5份铝矾土、 5份赤铁矿石、5份水锰矿石、5 份菱镁矿石、12份木粉和8份黏土混合、研细、过筛之后，加水13份搅匀，在模具中压 坯成型之后，常温下干燥24小时。将催化剂生坯放置在陶钵中，加盖封闭，在窑炉中合 适位置摆放好。先将窑炉加温至400°C，持续6小时，再将窑炉升温至850°C，持续4小 时，然后打开窑炉自然冷却，即制得所需催化剂。按本实施例制得催化剂比表面积和平均 孔径与例3接近。
实施例6:按照质量比将55份硅藻土、 5份铝矾土、 5份赤铁矿石、5份水锰矿石、5 份木粉、5份煤粉和10份黏土混合、研细、过筛之后，加水10份搅匀，在模具中压坯成 型之后，常温下干燥24小时。将催化剂生坯放置在陶钵中，加盖封闭，在窑炉中合适位置摆放好。先将窑炉加温至40(TC，持续8小时，再将窑炉升温至850°C，持续2小时， 然后打开窑炉自然冷却，即制得所需催化剂。按本实施例制得催化剂比表面积和平均孔径 与例l接近。
权利要求
1. 一种用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂，其特征在于该微孔陶基催化剂包括硅藻土、活性组分、成孔剂和粘土，组分的重量百分比如下硅藻土30～70％，活性组分10～30％，成孔剂5～15％，粘土5～15％，其余为水，其总重量满足100％。
2、 根据权利要求1所述的用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂，其特征在于所述活性组 分为铝矾土、赤铁矿石、磁铁矿石、褐铁矿石、水锰矿石、菱锰矿石或菱镁矿石中的一种 或几种。
3、 根据权利要求1所述的用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂，其特征在于所述成孔剂 为木粉、淀粉、煤粉或活性炭中的一种或几种。
4、 一种如权利要求1所述的用于臭氧氧化的微孔陶基催化剂的制备方法，其特征在 于具体步骤如下(1) 按比例称取原料，混合、研磨至粒径在10pm~100|im;(2) 向步骤(1)所得混合料中加水，压模成型制成生坯，常温下干燥12 48小时；(3) 向步骤(2)所得材料烧制，烧制过程中窑炉温度升至400 700'C，在该温度下烧制2~8 小时，再将窑炉温度升至850 1050'C，在该温度下烧制2~8小时，自然冷却，即得所需产叩o
全文摘要
本发明涉及一种应用于臭氧催化氧化的新型微孔陶基催化剂，其特征在于配料重量比例组成为硅藻土30～70％、活性组分10～30％、成孔剂5～15％、粘土5～15％，制成生坯后烧成温度为400～1050℃。本发明微孔陶基催化剂应用于去除净水中的微量有机污染物。水中溶入一定浓度的臭氧后，穿过本催化剂，能够催化臭氧对有机物的氧化作用，使氧化速率和效率大幅度提高，高效强化水中微量有机污染物的去除。
文档编号C02F1/78GK101433829SQ20081020775
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者力 盛, 隋铭皓 申请人:同济大学