專(zhuān)利名稱(chēng)：一種以納米二氧化鈰作為催化劑的臭氧化水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理和環(huán)境催化領(lǐng)域，涉及一種以納米二氧化鈰作為催化劑的臭氧化水處理方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，納米材料在催化領(lǐng)域的研究引起了全世界的特別關(guān)注，多種納米材料被開(kāi)發(fā)作為新型的催化劑，顯示了優(yōu)異的催化性能。作為納米與催化交叉的新興研究領(lǐng)域，對(duì)促進(jìn)納米催化劑理性設(shè)計(jì)、發(fā)展催化理論的重要作用是不言而喻的，研究?jī)r(jià)值已經(jīng)引起關(guān)注，蘊(yùn)含著巨大的原始性創(chuàng)新機(jī)遇。環(huán)境問(wèn)題作為全球的重大問(wèn)題日益引起人們重視，納米催化劑在環(huán)境保護(hù)中具有廣闊的應(yīng)用前景，其中一個(gè)重要領(lǐng)域是含有機(jī)污染物廢水的催化降解處理。催化臭氧化是利用催化劑在常溫常壓下強(qiáng)化臭氧氧化的高級(jí)氧化降解過(guò)程，其中多相催化備受青睞。稀土元素具有獨(dú)特的f電子構(gòu)型，因而具有獨(dú)特的光、電和磁性質(zhì)，被譽(yù)為新材料的寶庫(kù)，我國(guó)稀土元素儲(chǔ)量豐富，但開(kāi)發(fā)利用技術(shù)相對(duì)落后。當(dāng)前，稀土化合物作為催化劑的情況，國(guó)內(nèi)外報(bào)道非常罕見(jiàn)。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)便于廢水處理使用、高效穩(wěn)定的臭氧化催化齊U，同時(shí)為了開(kāi)拓稀土材料在臭氧化中的應(yīng)用新領(lǐng)域，本發(fā)明采用簡(jiǎn)便的化學(xué)沉淀法制備了二氧化鈰納米結(jié)構(gòu)，并開(kāi)發(fā)了其作為臭氧化水處理用催化劑的新用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)調(diào)控合成反應(yīng)條件，開(kāi)發(fā)更加實(shí)用高效的納米二氧化鈰，并提供其作為臭氧化催化劑的使用方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)(1)納米二氧化鈰的制備配制含三價(jià)鈰離子(Ce3+)O. 1-0. 5mol · Γ1的鈰鹽水溶液40ml和l-3mol化―1的NaOH溶液80ml，攪拌下將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，確保氫氧根離子與鈰離子的比值為2-30，Ih后將沉淀過(guò)濾、用去離子水充分洗滌至pH接近中性、 烘干，將烘干后的樣品研磨、置于馬弗爐中于空氣氣氛中下煅燒，得到納米二氧化鈰樣品；(2)臭氧化水處理將得到的納米二氧化鈰樣品作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，通入臭氧，同時(shí)開(kāi)動(dòng)攪拌、降解水中有機(jī)污染物；(3)納米二氧化鈰樣品的回收臭氧化處理完畢，通過(guò)靜置、離心或過(guò)濾，將納米二氧化鈰樣品從水溶液中分離出來(lái)，用于下一次的催化過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)氫氧根離子與鈰離子的比值為2-30時(shí)，得到的二氧化鈰納米材料結(jié)構(gòu)均勻，所得納米催化劑的量與所處理廢水的質(zhì)量之比為0.001、反應(yīng)溫度在室溫時(shí)即可達(dá)到較好的催化效果。本發(fā)明的有益效果采用相同的原料配比，以不同的鈰源、堿性環(huán)境合成出前驅(qū)物，通過(guò)煅燒后得到不同類(lèi)型的納米二氧化鈰樣品，將這些納米氧化鈰作為催化劑后，在相同的臭氧投入量，催化劑量，反應(yīng)溫度下，對(duì)污水中有機(jī)污染物的降解速率均有所加快，礦化程度有所提高。與現(xiàn)有處理方法相比較，本發(fā)明提出的水處理方法具有顯著的特點(diǎn)
(1)納米二氧化鈰的制備方法操作簡(jiǎn)單，原料易得，合成過(guò)程周期短，無(wú)毒無(wú)污染。(2)納米二氧化鈰顆粒尺度較小，在水中具有良好的分散性，有利于提高與臭氧、 水中污染物的接觸。因此在使用過(guò)程中，較小的投入量即可取得較好的催化效果。(3)納米二氧化鈰具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，在催化臭氧化條件下具有較好的穩(wěn)定性， 多次重復(fù)使用，催化效果都能得到較好的保持，這有利于其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。


圖1為實(shí)施例1所得產(chǎn)品的TEM照片；圖2為實(shí)施例1所得產(chǎn)品的XRD圖譜；圖3為單獨(dú)臭氧化(無(wú)催化劑)和實(shí)例1中二氧化鈰納米材料(樣品1)催化臭氧化下苯酚的降解情況；圖4為單獨(dú)臭氧化(無(wú)催化劑)、實(shí)例2中二氧化鈰納米材料(樣品2、催化臭氧化、實(shí)例3中二氧化鈰納米材料(樣品3)催化臭氧化和實(shí)例4中二氧化鈰納米材料(樣品 4)催化臭氧化下苯酚的降解情況；圖5為單獨(dú)臭氧化(無(wú)催化劑)、實(shí)例5中二氧化鈰納米材料(樣品幻催化臭氧化、實(shí)例6中二氧化鈰納米材料(樣品6)催化臭氧化下苯酚的降解情況。
具體實(shí)施例方式為了更具體的說(shuō)明本發(fā)明的方法，下面給出本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的應(yīng)用不限于此。實(shí)施例1稱(chēng)取6.01g Ce(N03)3*6H20溶于40ml去離子水中(澄清透明溶液)，稱(chēng)取 9. 62gNa0H,將其溶于80ml去離子水中制得3mol/L NaOH溶液.將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，同時(shí)不斷攪拌.Ih后將沉淀過(guò)濾后，用去離子水充分洗滌至pH接近中性，放于 100°C烘箱干燥M小時(shí)，將烘干后的樣品研磨，將其置于馬弗爐中于400°C下煅燒池，得到樣品1。其TEM照片見(jiàn)圖1，表明是小于IOnm的納米顆粒；XRD圖譜見(jiàn)圖2，所有的衍射峰均能與立方結(jié)構(gòu)的CeO2譜圖(JCPDS Card No. 43-1002)出峰位置匹配，說(shuō)明是( ；BET比表面積為113m2/g。實(shí)施例2稱(chēng)取6.01g Ce(N03)3*6H20溶于40ml去離子水中(澄清透明溶液)，稱(chēng)取 9. 62gNa0H,將其溶于80ml去離子水中制得3mol/L NaOH溶液.將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，同時(shí)不斷攪拌.Ih后將沉淀過(guò)濾后，用去離子水充分洗滌至pH接近中性，放于 100°C烘箱干燥M小時(shí)，將烘干后的樣品研磨，將其置于馬弗爐中于300°C下煅燒池，得到樣品2。實(shí)施例3稱(chēng)取8.60g Ce(N03)3*6H20溶于40ml去離子水中(澄清透明溶液)，稱(chēng)取 9. 62gNa0H,將其溶于80ml去離子水中制得3mol/L NaOH溶液.將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，同時(shí)不斷攪拌.Ih后將沉淀過(guò)濾后，用去離子水充分洗滌至pH接近中性，放于 100°C烘箱干燥M小時(shí)，將烘干后的樣品研磨，將其置于馬弗爐中于400°C下煅燒池，得到樣品3。實(shí)施例4稱(chēng)取1.70g Ce(N03)3*6H20溶于40ml去離子水中(澄清透明溶液)，稱(chēng)取 3. 20gNa0H,將其溶于80ml去離子水中制得lmol/L NaOH溶液.將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，同時(shí)不斷攪拌.Ih后將沉淀過(guò)濾后，用去離子水充分洗滌至pH接近中性，放于 100°C烘箱干燥M小時(shí)，將烘干后的樣品研磨，將其置于馬弗爐中于400°C下煅燒池，得到樣品4。實(shí)施例5稱(chēng)取6.01g Ce(N03)3*6H20溶于40ml去離子水中(澄清透明溶液)，稱(chēng)取 6. 40gNa0H,將其溶于80ml去離子水中制得2mol/L NaOH溶液.將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，同時(shí)不斷攪拌.Ih后將沉淀過(guò)濾后，用去離子水充分洗滌至pH接近中性，放于 100°C烘箱干燥M小時(shí)，將烘干后的樣品研磨，將其置于馬弗爐中于400°C下煅燒3h，得到樣品5。實(shí)施例6稱(chēng)取5. 22g七水氯化鈰40ml去離子水中(澄清透明溶液)，稱(chēng)取5. 60g NaOH,將其溶于80ml去離子水中制得NaOH溶液.將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，同時(shí)不斷攪拌.Ih后將沉淀過(guò)濾后，用去離子水充分洗滌至pH接近中性，放于100°C烘箱干燥M小時(shí)， 將烘干后的樣品研磨，將其置于馬弗爐中于400°C下煅燒3h，得到樣品6。實(shí)施例7在200ml含苯酚初始濃度為IOOmg L—1的模擬廢水中，添加不同的氧化鈰納米材料 0. 20g，開(kāi)動(dòng)攪拌，在反應(yīng)溫度20°C下通入臭氧流量0. 40mg mirT1的臭氧，記錄不同時(shí)間下苯酚的濃度。結(jié)果分別如圖3，4，5所示。圖3中分別為單獨(dú)臭氧化(無(wú)催化劑)和實(shí)例1中二氧化鈰納米材料(樣品1) 催化臭氧化下苯酚的降解情況，表明二氧化鈰納米材料的加入顯著促進(jìn)了苯酚的降解；圖4中分別為單獨(dú)臭氧化(無(wú)催化劑)、實(shí)例2中二氧化鈰納米材料(樣品2)催化臭氧化、實(shí)例3中二氧化鈰納米材料(樣品3)催化臭氧化和實(shí)例4中二氧化鈰納米材料 (樣品4)催化臭氧化下苯酚的降解情況，表明二氧化鈰納米材料的加入顯著促進(jìn)了苯酚的降解；圖5中分別為單獨(dú)臭氧化(無(wú)催化劑)、實(shí)例5中二氧化鈰納米材料(樣品5)催化臭氧化、實(shí)例6中二氧化鈰納米材料(樣品6)催化臭氧化下苯酚的降解情況，表明二氧化鈰納米材料的加入顯著促進(jìn)了苯酚的降解。
權(quán)利要求
1.一種以納米二氧化鈰作為催化劑的臭氧化水處理方法，其特征在于在臭氧化水處理的體系中加入納米二氧化鈰材料作為催化劑，促進(jìn)苯酚類(lèi)有機(jī)污染物的降解，步驟為(1)納米二氧化鈰的制備配制含三價(jià)鈰離子(Ce3+)O.1-0. 5mol · L—1的鈰鹽水溶液 40ml和l-3mol化―1的NaOH溶液80ml，攪拌下將NaOH溶液迅速加入鈰鹽溶液中，確保氫氧根離子與鈰離子的比值為2-30，Ih后將沉淀過(guò)濾、用去離子水充分洗滌至pH到中性、烘干， 將烘干后的樣品研磨、置于馬弗爐中于空氣氣氛中下煅燒，得到納米二氧化鈰樣品；(2)臭氧化水處理將得到的納米二氧化鈰樣品作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，通入臭氧，同時(shí)開(kāi)動(dòng)攪拌、降解水中有機(jī)污染物；(3)納米二氧化鈰樣品的回收臭氧化處理完畢，通過(guò)靜置、離心或過(guò)濾，將納米二氧化鈰樣品從水溶液中分離出來(lái)，用于下一次的催化過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以納米二氧化鈰作為催化劑的臭氧化水處理方法，添加催化劑的量與所處理廢水的質(zhì)量之比為0. 001。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種納米催化劑的制備方法及其使用方法將三價(jià)鈰離子(Ce3+)在堿性環(huán)境下化學(xué)沉淀、于空氣氣氛中下煅燒得到納米二氧化鈰樣品，所得納米二氧化鈰在臭氧化水降解苯酚中顯示了良好的催化性能，在此基礎(chǔ)上建立了基于納米二氧化鈰催化臭氧化的水處理方法。本發(fā)明納米催化劑的制備方法簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)均勻、比表面大、效果顯著，開(kāi)拓了稀土材料在臭氧化中的應(yīng)用新領(lǐng)域，在水處理和環(huán)境催化中具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/78GK102491490SQ20111039928
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者劉明, 宗潔, 曾茜, 王光麗, 董玉明, 蔣平平 申請(qǐng)人:江南大學(xué)