一种以负载稀土氧化物CeO₂和La₂O₃的Y型沸石作为催化剂的臭氧化水处理方法

专利名称：一种以负载稀土氧化物CeO₂和La₂O₃的Y型沸石作为催化剂的臭氧化水处理方法
技术领域：
本发明提出一种利用负载稀土氧化物的Y型沸石作为催化剂、催化臭氧化降解水 中有机污染物、从而消除污染的水处理方法，属于环境催化和水处理领域。
背景技术：
芳香类污染物是工业废水中常见的污染物，是石油化工、化学、制药等行业中常见 的原材料，具有毒性大、难降解等特点。近来，关于水中芳香类有机污染物的化学降解方法 的研究引起了广泛关注。催化臭氧化作为方便实用的高级氧化技术，在水处理中具有重要的应用前景。催 化臭氧化可以分为均相催化和多相催化，前者是溶液体系中的离子发挥催化作用，而后者 是依靠固体催化剂表面发挥催化作用。同均相催化相比较，多相催化的一个优势是避免了 溶解的离子带来的二次污染，因为许多金属离子也是环境有害的。为了提高臭氧化效率，人 们开发了多种固体催化剂。然而从实际应用的角度来看，高效稳定的多相催化材料依然是 比较少见的，开发活性高、性能稳定的臭氧化催化剂，对于提高催化臭氧化的实际应用价值 是非常重要的。

发明内容
本发明的目的，是提供一种新型、稳定的催化材料及其使用方法，以提高催化臭氧 化的实用价值。Y型沸石材料是一类众所周知的多孔材料，被广泛应用为吸附材料或者催化剂载 体，然而并未在臭氧化水处理中得到应用。我们已经提出将Y沸石作为臭氧化催化材料，研 究了其使用方法，取得了良好的效果(中国专利，公开号CN 101585577A)。在进一步的研 究中发现，负载稀土氧化物的Y沸石在催化臭氧化中表现了更好的催化性能，因此本发明 提出以负载稀土氧化物的Y型沸石作为催化剂、催化臭氧化降解水中有机污染物。本发明的具体内容包括(1)提出了一种利用负载稀土氧化物的Y型沸石作为催化剂的臭氧化水处理方 法，其特征在于将人工合成而又负载稀土氧化物的Y型沸石(又称分子筛)添加到臭氧化 水处理体系中，搅拌条件下通入臭氧，进行臭氧化处理；(2)臭氧化处理完毕，通过静置、离心、过滤等方法，将负载稀土氧化物的Y型沸石 分离出来，用于下一次的催化过程；上述臭氧化处理过程通常在5_35°C室温条件下进行，添加沸石与所处理水的质量 相对比例通常在0. 001-0. 05之间。所用的Y型沸石可以是钠型的，也可以是经过离子交换 后变为氢型的；所用的Y型沸石结构中硅铝的相对含量可以不同，在本发明的方法中负载 稀土氧化物后都可以用作催化材料。本发明中负载的稀土氧化物是指CeO2和La203。采用上述负载稀土氧化物的Y型沸石作为催化剂后，在相同的臭氧投入量情况下，对有机污染物的降解速率有所加快，矿化程度显著提高。具体提高程度与加入的催化剂 相对比例以及反应条件(包括温度、搅拌速率、污染物浓度、臭氧投入量、水体PH等)有关。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)负载稀土氧化物的Y型沸石是一类多孔材料，负载过程并没有降低表面积，通 常BET比表面积仍可达δΟΟπι、—1以上，颗粒尺度较小(微米级别)，在水中具有较好的分散 性，并且负载后提高了表面羟基密度，这对于提高催化性能是非常关键的。正是因为如此优 势，在使用中较小的投入量即可取得较好的催化效果；(2)负载稀土氧化物的Y型沸石具有较好的机械强度，在催化臭氧化条件下显示 了较好的稳定性，重复使用多次，催化效果能够得到较好的保持，这对于其实际应用是另一 个关键因素。(3)负载稀土氧化物的Y型沸石对水中苯酚的吸附性能非常微弱，其催化作用主 要来自沸石表面促进臭氧分子的分解，因此污染物分子对其影响非常小，这也是其稳定性 好的原因之一。(4)负载稀土氧化物的Y型沸石材料目前已经实现商品化，价格相对便宜，为其实 用提供了重要的保障。


附图1是实施例1中苯酚随时间的变化曲线图。附图2是实施例2中苯酚随时间的变化曲线图。附图3是实施例3中苯酚随时间的变化曲线图。附图4是实施例4中苯酚随时间的变化曲线图。
具体实施例方式本发明以处理含苯酚水为例，来说明其催化效果与实施方式，但本发明的范围不 限于此。实施例1在200ml含苯酚初始浓度为IOOmg L—1的模拟废水中，添加负载稀土氧化物的Y型 沸石1. 0g，开动搅拌，在反应温度20°C下通入臭氧流量0. 47mg mirT1的臭氧，记录不同时间 下苯酚的浓度。结果如图1所示，表明沸石的加入显著促进了苯酚的降解。实施例2在200ml含苯酚初始浓度为IOOmg L—1的模拟废水中，添加负载稀土氧化物的Y型 沸石1. 0g，开动搅拌，在反应温度5°C下通入臭氧流量0. 47mg mirT1的臭氧，记录不同时间 下苯酚的浓度。结果如图2所示，表明沸石的加入显著促进了苯酚的降解。实施例3在200ml含苯酚初始浓度为IOOmg L—1的模拟废水中，添加负载稀土氧化物的Y型 沸石1. 0g，开动搅拌，在反应温度35°C下通入臭氧流量0. 47mg mirT1的臭氧，记录不同时间 下苯酚的浓度。结果如图3所示，表明沸石的加入显著促进了苯酚的降解。实施例4在200ml含苯酚初始浓度为IOOmg L—1的模拟废水中，添加负载稀土氧化物的Y型沸石1. Og,开动搅拌，在反应温度20°C下通入臭氧流量0. 47mg mirT1的臭氧60分钟，记录 苯酚的浓度。反应结束后，将沸石滤出，再投入200ml含苯酚初始浓度为IOOmg L—1的模拟 废水中，在反应温度20°C下通入臭氧流量047mg mirT1的臭氧60分钟，记录苯酚的浓度。结 果如图4所示，表明沸石的加入显著促进了苯酚的降解，并且在重复使用中催化活性保持 较好的稳定性。
权利要求
一种以负载稀土氧化物CeO2和La2O3的Y型沸石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，加入负载稀土氧化物CeO2和La2O3的Y型沸石作为催化剂，加快有机污染物的氧化降解，臭氧化处理完毕，通过静置、离心、过滤等方法，将负载稀土氧化物的Y型沸石分离出来，用于下一次的催化过程。
2.根据权利要求1所述的以负载稀土氧化物CeO2和La2O3的Y型沸石作为催化剂的臭 氧化水处理方法，臭氧化水处理过程在5-35°C的室温条件下进行。
全文摘要
本发明提出了一种利用负载稀土氧化物的Y型沸石作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于将人工合成而又负载稀土氧化物的Y型沸石(又称分子筛)添加到臭氧化水处理体系中，搅拌条件下通入臭氧，进行臭氧化处理；负载过程并没有降低表面积，通常BET比表面积仍可达500m2g-1以上，并且负载后提高了表面羟基密度，有助于获得更好的催化性能。
文档编号B01J29/08GK101891296SQ201010229979
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者崔京京, 朱娟, 李炜, 柴笑宇, 浦珅, 王光丽, 董玉明, 蒋平平 申请人:江南大学