技术领域
本发明涉及存环境污染控制技术领域，具体为一种提取纳米多金属氧化物负载活性炭纤维的方法。
背景技术：
VOCs(VolatileOrganicCompounds，挥发性有机化合物)是石油化工、制药、印刷、喷漆等工业生产过程和机动车辆排放的常见的污染物之一。随着工业的发展，VOCs排放量与日俱增，具有范围广、排放量大等特点，其治理已成为当前国际环境的热点之一，相关环境立法也日趋严格。VOCs是一类疏水及持久性有机污染物，易在含脂肪丰富的组织中蓄积，且大多具有致癌、致畸、致突变性，对环境具有潜在危害。
有机废气的处理技术大致可分为两大类：一是回收，如吸附、冷凝和吸收等：二是分解，如燃烧、生物净化和催化氧化等。
这些VOCs处理技术中，催化燃烧是在催化剂作用下发生的氧化反应，可在较低温度，将废气中有害可燃组分氧化分解，具有更高效、节能，减少二次污染等。
(1)催化剂活性组分
目前常使用的催化剂活性组分一般有三大类：(1)贵金属催化剂；(2)过渡金属氧化物催化剂：(3)复合氧化物催化剂。
目前工业应用较多的活性组分是贵金属催化剂，如Pt、Pd、Au等，此类催化剂低温催化活性高，选择性好。贵金属催化剂虽然具有高的催化活性，但价格昂贵而且在处理卤素有机物或含N、S、P等杂原子的有机物时，易失活。为降低成本并提高催化剂对毒物的耐性，人们转而研究非贵金属氧化物，如有Cu、Ce、Pd、Zn、Fe、Ni，V、Mn、Co、W等过渡金属或稀土金属。过渡金属的Ⅷ族金属元素的d轨道电子处于半充满状态，容易得失电子而起到携氧的作用，促进了VOCs的氧化反应。以不同种类金属氧化物作为催化剂活性组分催化氧化苯的研究发现，Co的可变价态很多，可形成多种氧化物，其变价过程利于催化氧化中的电子转移，活性明显高于其它金属。
然而，已有研究表明，单一金属氧化物的催化活性尚不理想，反应温度升高时易发生相变，金属处于不同价态时活性差别明显而导致催化效果不稳定。而复合氧化物之间由于存在电子调变等相互作用，更利于氧化物之间的电子转移而使活性增加，且比表面积更高、热稳定性更好和机械强度更强。
(2)目前催化剂存在的不足
目前的催化剂主要存在易中毒、价格高昂等两个方面的不足。
一是催化剂易中毒。有机废气中常混有其它杂质气体，或因有机废气本身含有硫、氯、磷等杂原子，易引起催化剂中毒，因而催化氧化研究的重点在于研制新型的高效稳定的催化剂，期望同时提高催化剂的活性和耐毒性。
二是催化剂价格高。目前催化剂均以纯化学试剂如Cu、Ce、Pd、Zn、Fe、Ni，V、Mn、Co、W等过渡金属或稀土金属盐为原料制备，其价格高昂，在分解挥发性有机物的处理费用高，制约了其应有。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用钒钛钢渣提取纳米多金属氧化物负载活性炭纤维的方法，该方法以废弃钒钛钢渣为原料，充分利用钒钛钢渣中的Ce、V、Ti、Fe、Co、W和Mn等稀土金属、过渡金属负载于活性炭制备催化剂，综合利用钒钛钢渣废弃物，降低了挥发性有机物处理成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种提取纳米多金属氧化物负载活性炭纤维的方法，包括以下步骤：
步骤1、将经洗涤筛分的钒钛钢渣经30％～50％的硫酸溶解后分离出残渣和第一溶液；
步骤2，将所述残渣经90％～98％的硫酸溶解后分离获得第二溶液；
步骤3，将所述第一溶液和第二溶液混合获得溶液A；
步骤4，将Fe(NO3)·9H2O和50％Mn(NO3)2混合后得到溶液B；
步骤5，将所述溶液A加入到所述溶液B，充分搅拌后得到溶液C；
步骤6，所述溶液C在剧烈搅拌下加入氨水，沉淀得到纳米级多金属氧化物溶胶D；
步骤7，在所述溶胶D中经300-400目筛下的粉末活性炭，经搅拌、超声、静置陈化、烘干、研磨后，120℃下烘干，然后在450℃氮气中煅烧4.5h，自然冷却得到活性炭复合催化剂E。
进一步的，所述步骤7中的活性炭复合催化剂E为含有金属元素Fe、Mn、V、Ti、Ce的氧化物。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
第一方面，通过本发明获得的催化剂抗硫抗水性好。钒钛钢渣中含有W、V等金属，催化剂的抗硫抗水性特性显著提高。
第二方面，通过本发明获得的催化剂活性和稳定性高。钒钛钢渣中的Co含量较高，Co的可变价态多，可形成多种氧化物，其变价过程利于催化氧化中的电子转移，催化活性显著高于其它金属。催化剂的活性成分为Ce、V、Ti、Fe、Co、W和Mn等多金属，多金属氧化物之间由于存在电子调变等相互作用，更利于氧化物之间的电子转移而使活性增加，且比表面积更高、热稳定性更好和机械强度更强。
第三方面，通过本发明获得的催化剂价格低。本发明的过渡金属主要来源于钒钛钢渣，其含有Ce、V、Ti、Fe、Co、W和Mn等多金属，因而其价格低，可广泛应用于挥发性有机物的处理。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
具体实施方式
请参考图1和所示，本发明利用钒钛钢渣提取纳米多金属氧化物负载活性炭纤维的方法流程包括4步：
第一步，硫酸溶解钒钛钢渣。钒钛钢渣的溶解为两阶段不同浓度稀硫酸溶解，第一阶段稀硫酸为35％～40％浸取分离后，保存分离的溶液，残渣再经第二阶段90～98％的浓硫酸溶解，分离后保存溶液，废弃残渣。然后将第一次分离的溶液和第二次分离的溶液混合得到溶液A。
第二步，制备Fe(NO3)·9H2O和50％Mn(NO3)2混合溶液B。量取适量的两种化合物，其Fe(NO3)·9H2O和50％Mn(NO3)2的Fe和Mn摩尔比为1：2，将Fe(NO3)·9H2O溶解于50％Mn(NO3)2制备混合溶液B。
第三步，然后将溶液A加入到溶液B，充分搅拌后得到混合溶液C，溶液C在剧烈搅拌下加入氨水，共沉淀制制得纳米级多金属氧化物Fe3-(x+y+z)MnxVyCezTiwO4溶胶D。
第四步，将溶胶D加入至经300-400目筛下的粉末活性炭中，依次经剧烈搅拌、超声、静置陈化、洗涤、烘干、研磨后，120℃下烘干后在450℃氮气氛中煅烧4.5小时，自然冷却即得负载Fe、Mn、V、Ti、Ce等金属氧化物的粉末活性炭复合催化剂E。
按照上述4个步骤，制备的Fe3-(x+y+z)MnxVyCezTiwO4溶胶负载于活性炭上，Fe、Mn、V、Ce、Ti等稀土金属、过渡金属的重量含量为9.6％，在空速为2.6×105h-1条件下，废气中总挥发性有机物的浓度为120mg/m3，氧化脱除效率为98.3％。
综上所述，本发明以废弃钒钛钢渣为原料，充分利用钒钛钢渣中的Ce、V、Ti、Fe、Co、W和Mn等稀土金属、过渡金属负载于活性炭制备催化剂，综合利用钒钛钢渣废弃物，降低了挥发性有机物处理成本。