一种强微波吸收催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种强微波吸收催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 由于微波具有对物质选择性供能、对吸波物质的物化反应具有强烈的催化作用、 升温迅速、加热均匀、节能高效、无二次污染等特点，微波能作为一种新的能源得到越来越 广泛的应用。微波能的应用与其他行业相结合，正在形成许多新的应用。在微波化学方面， 可用于废水、废气的治理;在医学方面，可用于治疗各种常见病和多发病；与放射治疗和化 学治疗相结合可用于治疗肿瘤;在生物学方面，照射种子能提高种子发芽率，处理蚕卵能提 高产茧量和茧层率；照射组织能快速灭酶，阻止组织死亡后的变化;在食品行业，微波应用 不污染食品，不污染环境，不破坏食品的营养成分。
[0003] 专利CN1765494A描述了一种用于微波降解水中有机污染物的催化剂，其中，首先 制备的前驱体是钡盐和铁盐的混合物通过与凝胶聚合物接触产生的化合物，所述的化合物 通过高温热解后得到目标催化剂，所述的目标催化剂是复合有钡铁氧体和热解碳的泡沫状 材料。
[0004] 专利CN102626639A描述了一种用于降解印染废水的催化剂及其制备方法，首先将 预处理后的载体浸渍于稀土金属盐溶液、贵金属盐溶液和可溶性过渡金属盐溶液中，自然 风干热处理后焙烧。
[0005] 专利CN102000579A描述了一种污水处理催化剂及其制备方法，其中，首先制备含 有多种金属和金属化合物以及黄泥的混合物，对此混合物，在高温烧结后切割造粒，并进行 多次焙烧。
[0006] 专利CN101318136A描述了一种用于微波强化高级氧化工艺的催化剂Fe2〇3-La 203/ 碳纳米管的制备方法，其中，经过纯化的碳纳米管置入乙醇中，在搅拌的模式下先后加入硝 酸铁溶液和硝酸镧溶液，并用氨水调节pH值，用微波连续辐照并经水浴加热以及焙烧的方 法获取。
[0007] 上述专利中的催化剂可以统归为金属型催化剂，该类催化剂是以氧化铝、沸石、分 子筛、蜂窝陶瓷等为载体负载金属或金属氧化物活性组分，使用该法制备的催化剂在酸性 或碱性环境下容易发生化学反应使得活性组分流失，造成催化剂失效，这个特点使得金属 型催化剂很难批量化地应用于酸碱环境中，同时该类催化剂制造成本很高。
[0008] 除金属型催化剂外，还有一类活性炭型催化剂，活性炭是强吸收微波物质，可用作 催化剂载体和助催化剂，也可直接用作催化剂，但其机械强度较差造成使用寿命较短。在一 定的冲击载荷作用下，活性炭将会逐渐变成粉末流失，这个特点限制了活性炭作为强微波 吸收催化剂的批量化应用。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成本低廉、制备工艺简单、耐酸碱、长寿命 的强微波吸收催化剂及其制备方法和应用。
[0010] 本发明的第一方面提供一种强微波吸收催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
[0011] 1)将载体清洗后得洁净载体，所述的载体为低微波损耗物质；
[0012] 2)将洁净载体干燥，得干燥载体；
[0013] 3)将干燥载体在350~600°C下焙烧2~5h，得目标载体；
[0014] 4)将目标载体浸入浸渍溶液中浸渍陈化，得浸渍催化剂前驱体，所述的浸渍溶液 是指将糖类物质溶于水配制而成的浓度为10~50%的溶液；
[0015] 5)将浸渍催化剂前驱体烘干，得干燥的催化剂前驱体；
[0016] 6)将干燥的催化剂前驱体置于具有保护气体的氛围中焙烧0.5~2h，即得目标催 化剂，所述焙烧的温度为500~900°C。
[0017]步骤1)为将载体清洗后得洁净载体，所述的载体为低微波损耗物质。
[0018] 其中，所述的低微波损耗物质为本领域常规的含义，一般而言，本领域技术人员均 理解其是微波可透的或仅仅极弱吸收微波的无机载体;作为载体，其在催化剂中是以支撑 体的作用来体现的，它是负载活性组分的骨架。载体的选择通常要具备以下特点:①机械强 度高，可以承受足够的负荷;②市场价格低廉，易于获取，适合规模化生产和应用;③低微波 损耗，是微波可透的或仅仅极弱吸收微波的无机载体;④具有很高的比表面积，具有一定的 孔隙率和孔径分布，便于负载活性组分;⑤化学性质稳定，很难与其它物质发生化学反应。 本发明中的载体在选择时均考虑了上述因素。
[0019] 优选地，所述低微波损耗物质为A12〇3、S i 〇2或S i C。
[0020] 所述的清洗可以是本领域常规的清洗方式，优选用超纯水在超声波下清洗载体； 所述超声波频率优选为20~40kHz，清洗的时间优选为0.5~lh。
[0021 ]步骤2)为将洁净载体干燥，得干燥载体。
[0022]其中，所述干燥的方式可为本领域常规，优选将洁净载体置于恒温电热干燥箱中 进行干燥;所述干燥的温度优选为1 〇〇~120°c。
[0023]步骤3)为将干燥载体在350~600°C下焙烧2~5h，得目标载体。
[0024]其中，所述焙烧的温度优选400~450°C，所述焙烧的时间优选2~2.5h。所述焙烧 优选在加热炉中进行。
[0025] 步骤4)为将目标载体浸入浸渍溶液中浸渍陈化，得浸渍催化剂前驱体，所述的浸 渍溶液是指将糖类物质溶于水配制而成的浓度为10~50%的溶液。
[0026] 其中，所述糖类物质为本领域常规所指，其可以选自单糖、低聚糖和多糖，所述单 糖优选葡萄糖、果糖、核糖或鼠李糖，所述低聚糖优选蔗糖或麦芽糖;所述多糖优选淀粉或 纤维素。
[0027] 所述浸渍溶液的浓度优选为10~30%。
[0028] 在浸渍陈化时，优选将所述目标载体浸入等体积的浸渍溶液中进行陈化，陈化的 时间优选8~24h。
[0029] 步骤5)为将浸渍催化剂前驱体烘干，得干燥的催化剂前驱体。
[0030] 其中，所述烘干优选将浸渍催化剂前驱体置于恒温干燥箱内烘干，并恒温保存;更 优选烘干的温度为1〇〇~120°c，保温时间为4~6h。
[0031] 步骤6)为将干燥的催化剂前驱体置于具有保护气体的氛围中焙烧2~5h，即得目 标催化剂，所述焙烧的温度为500~900°C。
[0032]其中，所述的保护气体优选H2、fc或Ar，所述焙烧的温度优选650~750°C，焙烧的时 间优选1~1.5h。
[0033]本发明的第二方面提供上述制备方法制得的强微波吸收催化剂。
[0034]本发明的第三方面提供上述强微波吸收催化剂的用途，具体地包括如下几方面：
[0035] 1)上述强微波吸收催化剂在废水处理中的应用；
[0036] 2)上述强微波吸收催化剂在废气处理中的应用；
[0037] 3)上述强微波吸收催化剂在制备杀菌、灭菌的装置或组合物的应用。
[0038] 本发明的强微波吸收催化剂具有下述有益效果：
[0039] 1)催化效率高，经济性好，催化剂在微波照射下，迅速发生炭热还原反应和热解反 应，能够有效去除废气中的氮氧化物与硫氧化物，或去除废水中的难降解有机物，节省了冗 长的传统处理工艺环节。
[0040] 2)还具有寿命长的特点，无传统催化剂与被处理物质发生化学反应而导致活性组 分迅速流失的现象。
[0041] 3)本发明的催化剂还具有机械强度高，耐系统冲击能力强的特点，适合于多种压 力氛围下