催化剂的制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种催化剂的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]催化臭氧化技术在有机污染物的降解过程中，降解速率高、反应成本低，在污水处理中具有广泛的应用前景。在传统在单独臭氧反应中加入催化剂即为催化臭氧化技术，催化剂的加入可以使反应体系中臭氧的氧化电势得以提高，可以使活性物种(羟基自由基.0H)快速的产生，其氧化能力高于臭氧分子，从而可以更加迅速的使反应体系中的有机污染物得以去除。非均相臭氧催化氧化技术在反应中催化剂成固体状态，易于回收，相比较均相臭氧催化氧化技术发展空间更大，目前已成为高级氧化降解有机污染物技术的研究热点。
[0003]传统的催化剂制备方法大多数是在多孔性载体的表面负载活性组分，即负载型催化剂。但在使用过程中，负载型催化剂在水力剪切、磨损等因素作用下，很容易使活性组分发生脱落，造成催化活性降低，甚至失去催化活性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决负载型催化剂负载量低，且在水处理使用中由于水力剪切、磨损因素作用下活性组分易于脱落、易于造成催化活性降低的问题，而提供一种掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的制备方法和应用。
[0005]—种掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的制备方法，是按以下步骤制备的:
[0006]—、制备纳米Μη02:将质量分数为1 %?10 %的Na 2S203溶液与质量分数为1 %?10 %的ΚΜη04溶液混合，得到混合溶液A ;再使用质量分数为0.1 %?1.0 %的HC1溶液调节混合溶液A的pH至5，得到沉淀物质I ;将沉淀物质I在温度为60°C?70°C下静置2h?3h，再使用蒸馏水对沉淀物质I进行清洗，至清洗液的pH为中性，得到清洗后的沉淀物质I ;将清洗后的沉淀物质I在温度为100°C?130°C下干燥12h?15h，再在温度为400°C?700°C下焙烧4h?6h，得到纳米Μη02;
[0007]步骤一中所述的质量分数为1%?10%的Na2S203溶液与质量分数为1%?10%的KMn04S液的体积比为1: (1?10);
[0008]二、掺杂:
[0009]①、将A1(0H)3粉末、纳米胞02和Cu(N03)2粉末混合，再加入质量分数为0.1%?1.0%的氨水，得到混合物B ;使用质量分数为0.1 %?1.0%的顯03溶液将混合溶液B的pH调节至5?6，得到混合物C;
[0010]步骤二①中所述的纳米MnOg A1 (OH) 3粉末的质量比为1: (10?15)；
[0011]步骤二①中所述的Cu(N03)2粉末与A1 (0H) 3粉末的质量比为1: (20?40);
[0012]步骤二①中所述的A1(0H)3粉末的质量与质量分数为0.1%?1.0%的氨水的体积比为lg: (lmL?5mL)；
[0013]②、将铝溶胶加入到混合物C中，再制成粒径为4mm?6mm的球形催化剂，再在室温下风干4h?8h，再在温度为110°C下干燥4h?8h，再放入到马弗炉中，再将马弗炉以100 °C.h 1?150 °C.h 1的升温速率从室温升温至550 °C?700 °C，再在温度为550 °C?700°C下保温4h?8h，再自然冷却至室温，得到掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂；
[0014]步骤二②中所述的铝溶胶与混合物C的质量比为1: (5?10)。
[0015]—种掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂用于高浓度难降解污水的深度处理。
[0016]本发明的原理及优点:
[0017]一、本发明将活性组分纳米Μη02和辅助成分Cu (NO 3) 2在催化剂载体成型之前添加至载体原料A1(0H)3粉末中，通过加工过程并经焙烧后形成多孔性颗粒催化剂即掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂；本发明制备的掺杂型纳米MnO 2_Cu0/A1203催化剂与负载型催化剂相比，大大提高了活性组分的含量，并能够明显减少水力剪切、磨损等因素造成的催化活性下降，因此可以大大延长催化剂的使用寿命；
[0018]二、本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的比表面积为150g/m 2?170g/m2；
[0019]三、本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的孔容积为0.23cm 3/g?0.28cm3/g ；
[0020]四、本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的吸水率为20%?25% ;
[0021]五、本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的抗压强度为50N/粒?60N/粒；
[0022]六、使用本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂处理C0D的浓度为120mg/L的驱油污水的二级生化出水30?60min，COD去除率为59%?65% ;
[0023]七、使用本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂处理C0D的浓度为130mg/L的煤化工废水的二级生化出水30?60min，COD去除率为59%?68% ;
[0024]八、将本发明制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂放入到螺口瓶水相中，置于旋转摇床中，在旋转摇床的转速为150r/min下旋转摇动12h，催化剂的磨损率低于0.2%。
[0025]本发明可获得一种掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的制备方法。
【附图说明】
[0026]图1为实施例一制备的纳米Μη02的粒径分布图；
[0027]图2为实施例一制备的纳米]?1102的SEM图；
[0028]图3为实施例一制备的纳米11102的TEM图；
[0029]图4为催化剂对驱油污水二级出水处理的催化活性图，图4中1为实施例一制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂对驱油污水二级出水处理的曲线，2为对比试验一制备的Μη02/Α1203催化剂对驱油污水二级出水处理的曲线；
[0030]图5为催化剂对煤化工废水二级出水处理的催化活性图，图5中1为实施例一制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂对煤化工废水二级出水处理的曲线，2为对比试验一制备的Μη02/Α1203催化剂对煤化工废水二级出水处理的曲线。
【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一:本实施方式是一种掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的制备方法是按以下步骤制备的:
[0032]—、制备纳米Μη02:将质量分数为1%?10%的Na 2S203溶液与质量分数为1%?10 %的ΚΜη04溶液混合，得到混合溶液A ;再使用质量分数为0.1 %?1.0 %的HC1溶液调节混合溶液A的pH至5，得到沉淀物质I ;将沉淀物质I在温度为60°C?70°C下静置2h?3h，再使用蒸馏水对沉淀物质I进行清洗，至清洗液的pH为中性，得到清洗后的沉淀物质
I;将清洗后的沉淀物质I在温度为100°C?130°C下干燥12h?15h，再在温度为400°C?700°C下焙烧4h?6h，得到纳米Μη02;
[0033]步骤一中所述的质量分数为1%?10%的Na2S203溶液与质量分数为1%?10%的KMn04S液的体积比为1: (1?10);
[0034]二、掺杂:
[0035]①、将A1(0H)3粉末、纳米胞02和Cu(N03)2粉末混合，再加入质量分数为0.1%?
1.0%的氨水，得到混合物B ;使用质量分数为0.1 %?1.0%的顯03溶液将混合溶液B的pH调节至5?6，得到混合物C;
[0036]步骤二①中所述的纳米MnO# A1 (0H) 3粉末的质量比为1: (10?15)；
[0037]步骤二①中所述的Cu (N03) 2粉末与A1 (0H) 3粉末的质量比为1: (20?40);
[0038]步骤二①中所述的A1(0H)3粉末的质量与质量分数为0.1%?1.0%的氨水的体积比为lg: (lmL?5mL)；
[0039]②、将铝溶胶加入到混合物C中，再制成粒径为4_?6mm的球形催化剂，再在室温下风干4h?8h，再在温度为110°C下干燥4h?8h，再放入到马弗炉中，再将马弗炉以100 °C.h 1?150 °C.h 1的升温速率从室温升温至550 °C?700 °C，再在温度为550 °C?700°C下保温4h?8h，再自然冷却至室温，得到掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂；
[0040]步骤二②中所述的铝溶胶与混合物C的质量比为1: (5?10)。
[0041]本实施方式的原理及优点:
[0042]—、本实施方式将活性组分纳米Μη02和辅助成分Cu (NO 3) 2在催化剂载体成型之前添加至载体原料A1(0H)3粉末中，通过加工过程并经焙烧后形成多孔性颗粒催化剂即掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂；本实施方式制备的掺杂型纳米MnO 2_Cu0/A1203催化剂与负载型催化剂相比，大大提高了活性组分的含量，并能够明显减少水力剪切、磨损等因素造成的催化活性下降，因此可以大大延长催化剂的使用寿命；
[0043]二、本实施方式制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的比表面积为150g/m2?170g/m2；
[0044]三、本实施方式制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的孔容积为0.23cm3/g?0.28cm3/g ；
[0045]四、本实施方式制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的吸水率为20 %?25% ；
[0046]五、本实施方式制备的掺杂型纳米Mn02-Cu0/Al203催化剂的抗压强度为50N/粒?60N/