專利名稱：改性鋁土礦臭氧多相催化水處理技術催化劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種臭氧多相催化水處理技術體系催化劑的制備方法。
背景技術：
近年來，隨著我國工業(yè)化程度的飛速發(fā)展和經濟水平的大幅度提高，不同形式 化學物質的生產和使用日益增多，導致水源水中污染物的種類和含量明顯增加，加重了 水環(huán)境污染程度。水體中存在的微量有毒難降解有機污染物(氯代芳香族化合物、苯并三 唑類化合物、精神類藥物)，因其危害作用、毒理特性、污染程度和趨勢正受到人們越來 越多的關注。常規(guī)給水處理工藝(混凝-沉淀-過濾-消毒)是以去除水中懸浮及膠體污 染物為主，對難降解有機污染物(氯代芳香族化合物、苯并三唑類化合物、精神類藥物) 的去除效果很差，甚至無能為力。為了顯著改善水質，保障供水安全，深度處理技術被 廣泛應用于水處理技術當中。其中，臭氧多相催化氧化技術沒有向工藝中引入其他能量 和有毒有害的化學藥劑，催化劑可一次性填裝于反應器內，操作簡單、便于在實際的水 處理工藝中應用。但目前所采用的催化劑普遍存在催化效率低、成本高、且具有一定的 選擇性，難以滿足實際需求。因此，迫切需要開發(fā)和制備經濟高效的催化劑，應用于臭 氧多相催化氧化技術之中，以解決飲用水中低濃度的難降解有機污染物的去除問題。
鋁土礦是由含有一定雜質的水合氧化鋁構成的，不溶于水的土狀礦物。我國鋁 土礦蘊藏豐富，分布在全國18個省份。鋁土礦主要成分是三水鋁石(八1203.31120)、 一水 軟鋁石(Y-A100H)或一水硬鋁石(Al203'H20)，同時伴有Si02、 Fe203和Ti02等其它金 屬氧化物雜質。水合氧化鋁、Si02、 Fe203和Ti02占鋁土礦成分的95%以上。這些金屬 氧化物都是制備水處理吸附劑和環(huán)境催化劑的基本原料。鑒于鋁土礦在我國儲量大、價 格低廉，采用適度的改性處理，改變鋁土礦比表面積和表面孔隙度的分布，為鋁土礦在 臭氧多相催化過程中提供可能的活性位點顯著提高鋁土礦在臭氧多相催化氧化水中難降 解有機污染物的催化活性。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種新型的臭氧多相催化水處理技術催化劑及其制備方法，該 催化劑可以顯著強化臭氧氧化水處理技術在去除水中存在微量有毒難降解有機污染物。 與其他臭氧多相催化水處理技術催化劑相比較，本發(fā)明可顯著提高臭氧多相催化水處理 技術的除污染效能，同時大大降低了催化劑的原料成本和制備成本。 本發(fā)明提供的催化劑-鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系催化劑，其特征在 于該催化劑可用于臭氧多相催化水處理體系，降級水中微量有毒難降解有機污染物。該 催化劑是以粉末狀天然鋁土礦為本底，采用分層浸漬法一次制備而成，即通過一次浸漬 法將Fe的氧化物負載于天然鋁土礦表面，經過蒸氣浴、老化、烘干、煅燒等步驟制得鐵 改性鋁土礦催化劑。 鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系催化劑的制備方法按以下步驟實現( 一 )配制Fe(N03)3改性溶液，濃度水平在0.196 0.206mol/L，并于室溫存放；(二) 將5g天然鋁土礦清洗干凈后，68 72t:的溫度下烘干30 35h;(三)將上述后浸漬于 100mL上述溶液中，在22 28。C的蒸氣浴下震蕩14 18小時；后室溫老化22 26小 時；而后傾倒掉上清液，剩余懸濁液在65 75t:下干燥26 30小時，得干燥粉末，并 將干燥粉末研磨至細顆粒備用；(四)將上述細顆粒放置于高溫馬弗爐中高溫煅燒，煅燒 溫度590 61(TC，煅燒時間3.5 4.5小時，得干燥粉末；將上述干燥粉末研磨并過篩， 選取粒徑在0.075 0.15mm，即得鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理技術體系催化劑。
本發(fā)明中的鐵改性鋁土礦催化劑是以鋁土礦表面的Fe氧化物為關鍵活性組分， 以鐵改性鋁土礦催化劑表面結構及表面官能團為關鍵催化活性位。鐵改性鋁土礦催化劑 可以促進臭氧分解產生羥基自由基，提高水中含氧活性物種的生成速率和數量，提高臭 氧的利用效率。鐵改性鋁土礦催化劑作為強化臭氧技術的催化劑，可以顯著提高體系的 除污染能力，且催化劑自身穩(wěn)定性高，不產生二次污染。


圖1是具體實施方式
十七中得到的高活性鐵改性鋁土礦臭氧多相催化體系催化 劑的催化活性圖，其中口表示臭氧氧化水中難降解有機物2， 4， 6-三氯苯甲醚(TCA)效 能，O表示天然鋁土礦原礦催化臭氧氧化水中2， 4， 6-三氯苯甲醚效能，A表示鐵改性 鋁土礦催化臭氧氧化水中2， 4， 6-三氯苯甲醚效能。圖2是具體實施方式
十六所得到高 活性鐵改性鋁土礦臭氧多相催化體系催化劑的N2吸附脫附曲線及其表面孔分布情況。
具體實施例方式
將鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系催化劑的具體制備步驟進行說明。
具體實施方式
一 本實施方式鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理技術體系催化 劑的改性本底為天然鋁土礦，主要成分是Y-A100H禾P Y-A1203。
具體實施方式
二 鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系催化劑的制備方法按 以下步驟實現( 一 )配制Fe(N03)3改性溶液，濃度水平在0.196 0.206mol/L，并于室 溫存放；(二)將5g天然鋁土礦清洗干凈后，68 72t:的溫度下烘干30 35h;(三)將 上述后浸漬于100mL上述溶液中，在22 28t:的蒸氣浴下震蕩14 18小時；后室溫老 化22 26小時；而后傾倒掉上清液，剩余懸濁液在65 75t:下干燥26 30小時，得 干燥粉末，并將干燥粉末研磨至細顆粒備用；(四)將上述細顆粒放置于高溫馬弗爐中高 溫煅燒，煅燒溫度590 61(TC，煅燒時間3.5 4.5小時，得干燥粉末；將上述干燥粉 末研磨并過篩，選取粒徑在0.075 0.15mm，即得鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理技 術體系催化劑。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(二 )中天然鋁土 礦為塊狀形態(tài)。其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(二 )中清洗是將 粉末狀天然鋁土礦直接放入蒸餾水中，以200r/min速率磁力攪拌20min，靜止40min，然
后去除上層渾濁水溶液。其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(二 )中清洗是將塊狀天然鋁土礦直接將其放入蒸餾水中靜止浸泡40min，然后去除上層渾濁水溶液。其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
(二)不同的是步驟(二)中將天然鋁土礦清洗干凈后在7(TC的溫度下烘干32h。其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(三)中的震蕩溫度為25t:。其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(三)中的震蕩時間為16小時，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(三)中的震蕩時間為16小時，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(三)中的老化時間為24小時，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(三)中的干燥溫度為7(TC，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(三)中的干燥時間為28小時，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(四)中的煅燒溫度為60(TC，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(四)中的煅燒時間為4.0小時，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(四)中的煅燒時間為4.0小時，其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟(四)中的馬弗爐升溫程序具體為10°C /min的速度升高到60(TC保溫4.0h。其它步驟及參數與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
十七鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系催化劑的制備方法按以下步驟實現( 一 )配制Fe(N03)3改性溶液，濃度水平在0.196 0.206mol/L，并于室溫存放；(二)將5g天然鋁土礦清洗干凈后，7(TC的溫度下烘干32h;(三)將上述后浸漬于100mL上述溶液中，在25t:的蒸氣浴下震蕩16小時；后室溫老化24小時；而后傾倒掉上清液，剩余懸濁液在7(TC下干燥28小時，得干燥粉末，并將干燥粉末研磨至細顆粒備用；(四)將上述細顆粒放置于高溫馬弗爐中高溫煅燒，煅燒溫度60(TC，煅燒時間4.0小時，得干燥粉末；將上述干燥粉末研磨并過篩，選取粒徑在0.075 0.15mm，即得鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理技術體系催化劑。 本實施方式得到的高活性鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系是一種高性能催化劑。從圖2中可以發(fā)現應用鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理體系可以使2， 4，6-三氯苯甲醚的去除率達到91 %，較天然鋁土礦的催化活性提高28個百分點。從圖1中可以發(fā)現，經過改性后的鐵改性鋁土礦催化劑的表面結構較天然鋁土礦有所改善，其中比表面積由原礦的6.99mVg增大到改性后催化劑的20.138m2/g，孔隙體積由原礦的1.677 X 10-2cm3/g增大到改性后催化劑的2.235 X 10-2cm3/g。
權利要求
一種可用于臭氧多相催化體系的催化劑及其制備方法，其特征在于該催化劑可用于臭氧多相催化水處理技術體系，并可以十分有效的去處水中存在的微量有毒難降解有機污染物。
2. 根據權利要求1所述可用于臭氧多相催化水處理技術體系的催化劑及其制備方法， 其特征在于催化劑是以粉末狀天然鋁土礦為載體，以Fe氧化物活性組分，采用分層浸漬 法一次制備而成。
3. 根據權利要求1所述的可用于臭氧多相催化水處理技術體系的催化劑及其制備方 法，其特征在于催化劑的BET比表面積為18.26 22.26m2/g，總孔容為0.020 0.024ml/ g，平均孔徑為3.32 5.58nm。
4. 根據權利要求所述的可用于臭氧多相催化水處理技術體系的催化劑及其制備方 法，其特征在于所說的制備方法可通過以下幾個步驟實現(1) 配制Fe(N03)3改性溶液，濃度水平在0.196 0.206mol/L，并于室溫存放；(2) 將5g天然鋁土礦清洗干凈后，68 72 °C的溫度下烘干30 35h ;(3) 將上述后浸漬于100mL上述溶液中，在22 28t:的蒸氣浴下震蕩14 18小時； 后室溫老化22 26小時；而后傾倒掉上清液，剩余懸濁液在65 75t:下干燥26 30 小時，得干燥粉末，并將干燥粉末研磨至細顆粒備用；(4) 將上述細顆粒放置于高溫馬弗爐中高溫煅燒，煅燒溫度590 61(TC，煅燒時 間3.5 4.5小時，得干燥粉末；將上述干燥粉末研磨并過篩，選取粒徑在0.075 0.15mm，即得鐵改性鋁土礦臭氧多相催化水處理技術體系催化劑。
5. 如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟(l)中的改性溶液為恒溫是在 Fe(N03)3。
6. 如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟(2)中68 72t:的溫度下烘干時，須 在烘干30 35h。
7. 如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟(3)中22 2『C溫度下震蕩時，須在 蒸氣浴下控溫震蕩。
8. 如權利要求4所述的制備方法，其中，步驟(3)中干燥過程控制干燥溫度在65 75°C。
9. 如權利要求1所述可用于臭氧多相催化體系的催化劑及其制備方法，其特征在于該 催化劑可用于臭氧多相催化水處理技術體系可應用于飲用水及污水中微量有毒難降解有 機污染物去除中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于臭氧多相催化降解水中微量有毒難降解有機污染物的催化劑的指標方法，屬于水處理技術和環(huán)境功能材料領域。該催化劑以粉末狀天然鋁土礦為載體、Fe的氧化物為活性組分。該催化劑采用分層浸漬法制備而成，其制備方法為配制鐵鹽溶液，將一定質量粉末狀天然鋁土礦浸漬于此鐵鹽溶液中，并經蒸氣浴、老化、烘干、煅燒后即得鐵改性鋁土礦催化劑。本發(fā)明所屬催化劑不但在臭氧多相催化去除水中存在微量有毒難降解有機污染物體系中具有顯著催化活性，同時具有制備成本低廉，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。這些優(yōu)點有利于該催化劑在臭氧多相催化體系中的應用，推動臭氧多相催化體系的生產應用，為水中微量有毒難降解有機污染物的強化去除技術提供一種有效方法。
文檔編號B01J23/745GK101691254SQ20091021055
公開日2010年4月7日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權日2009年11月10日
發(fā)明者孫德智, 張立秋, 徐冰冰, 齊飛 申請人:北京林業(yè)大學