申請日2010.07.19

　　公開(公告)日2010.11.24

　　IPC分類號B01J23/34; C02F1/78

　　摘要

　　一種以二氧化錳一維納米材料作為催化劑的臭氧化水處理方法，本發(fā)明給出了納米催化劑的制備方法和使用方法，屬于水處理和環(huán)境催化技術(shù)領(lǐng)域。通過簡便的水熱法獲得了二氧化錳納米棒，將其作為催化劑加入到含苯酚類廢水的臭氧化水處理體系中，促進(jìn)苯酚類有機(jī)污染物的降解，在此基礎(chǔ)上提出了一種新型的臭氧化水處理方法。所得二氧化錳一維納米材料具有尺度小、分散好、可分離性好的特點(diǎn)，在臭氧化水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種以二氧化錳一維納米材料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二氧化錳一維納米材料作為催化劑，促進(jìn)苯酚類有機(jī)污染物的降解，步驟為：

　　(1)二氧化錳一維納米材料的制備：高錳酸鉀和硫酸錳按照物質(zhì)的量之比2.5∶1溶解于水中，混合均勻后形成紅褐色溶液，再轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在140℃下密封保持3h，反應(yīng)完成后自然冷卻，用水洗滌所得沉淀、干燥然后在350℃下煅燒2h，得到二氧化錳納米材料。

　　(2)臭氧化水處理：將得到的二氧化錳納米材料作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，開動(dòng)攪拌，通入臭氧，開始降解水中有機(jī)污染物;

　　(3)二氧化錳納米材料的回收：臭氧化處理完畢，通過靜置、離心或過濾，將二氧化錳納米材料分離出來，用于下一次的催化過程。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以二氧化錳一維納米材料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0.0005-0.002。

　　說明書

　　一種以二氧化錳一維納米材料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，涉及一種以二氧化錳一維納米材料作為催化劑的臭氧化水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)過程中，有機(jī)物廢水的排放量越來越大，其中有機(jī)物大多有毒性且難降解，對生態(tài)環(huán)境及人類的健康所帶來的污染與威脅也日益嚴(yán)重.化學(xué)氧化方法是針對污水中有機(jī)污染物濃度低且缺乏回收利用價(jià)值的情況，利用氧化劑在不帶來新的污染的條件下將有機(jī)物氧化降解從而消除污染的化學(xué)方法。O3具有較強(qiáng)的氧化性(En=2.07V)，方便產(chǎn)生，且臭氧化過程條件溫和、操作簡便，對有機(jī)物的氧化降解較徹底，因而在水處理中具有較好的前景。但有些有機(jī)物穩(wěn)定性很高，如芳香類和稠環(huán)類化合物等，在單獨(dú)臭氧化這些有機(jī)物時(shí)降解效率較低。催化臭氧化是利用催化劑在常溫下強(qiáng)化臭氧氧化的高級氧化過程，對有機(jī)物的氧化降解更加徹底且效率較高，在有機(jī)物廢水的處理研究中日益受到重視。

　　催化臭氧化可分為均相催化和多相催化，催化臭氧化可分為均相催化和多相催化，其中多相催化是指通過固相催化劑的表面發(fā)生催化作用，催化劑活性組份主要包括金屬氧化物、貴金屬、活性碳、多孔陶瓷、沸石材料等，該類催化劑可以多次使用、避免了二次污染，因而備受青睞。

　　納米催化劑因?yàn)槠涑叨刃　⒎稚⑿院�、比表面積大將有助于提高催化劑的催化效率、降低催化劑的投入量。與此同時(shí)，納米催化劑表面能高、表面原子所占比例大，具備與體相材料不同的特殊表面結(jié)構(gòu)，有可能顯示出特異的催化性能，因此在催化臭氧化的研究中也越來越受到重視。在催化臭氧化中，研究最多的納米催化劑組分是過渡金屬氧化物。二氧化錳是重要的電極活性材料和氧化還原反應(yīng)的催化劑，現(xiàn)已知二氧化錳有多種晶型結(jié)構(gòu)，不同晶型結(jié)構(gòu)的二氧化錳的物理和化學(xué)性能均不相同。由于錳具有多種可變的氧化數(shù)，導(dǎo)致電子容易發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此氧化錳結(jié)晶化合物往往具有較高的催化活性和良好的電化學(xué)性能。二氧化錳一維納米材料具有更大的比表面積和更高的表面能，可望具有更高的催化活性。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是基于二氧化錳組分，開發(fā)更加高效、實(shí)用的一維納米催化材料并提供其使用方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

　　(1)二氧化錳一維納米材料的制備：高錳酸鉀和硫酸錳按照物質(zhì)的量之比2.5∶1溶解于水中，混合均勻后形成紅褐色溶液，再轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在140℃下密封保持3h，反應(yīng)完成后自然冷卻，用水洗滌所得沉淀、干燥然后在350℃下煅燒2h，得到二氧化錳納米材料。

　　(2)臭氧化水處理：將得到的二氧化錳納米材料作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，開動(dòng)攪拌，通入臭氧，開始降解水中有機(jī)污染物;

　　(3)二氧化錳納米材料的回收：臭氧化處理完畢，通過靜置、離心或過濾，將二氧化錳納米材料分離出來，用于下一次的催化過程。

　　在實(shí)驗(yàn)探索中，我們發(fā)現(xiàn)添加催化劑的量與所處理廢水的質(zhì)量之比為0.0005-0.002時(shí)即可達(dá)到較好的催化效果，在8-35℃的范圍內(nèi)都具有顯著的催化效果。

　　本發(fā)明的有益效果：采用上述二氧化錳納米材料作為催化劑后，在相同的臭氧投入量情況下，對污水中有機(jī)污染物的降解速率有所加快，礦化程度顯著提高。具體提高程度與加入的納米氧化鋅催化劑的量以及反應(yīng)條件(包括溫度、攪拌速率、污染物濃度、臭氧投入量、水體pH等)有關(guān)。

　　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)二氧化錳納米材料顆粒尺度較小，在水中具有較好的分散性，這對于提高與水中污染物、臭氧的接觸機(jī)會(huì)是非常關(guān)鍵的。正是因?yàn)槿绱藘?yōu)勢，在使用中較小的投入量即可取得較好的催化效果。

　　(2)二氧化錳納米材料具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，在催化臭氧化條件下顯示了較好的穩(wěn)定性，重復(fù)使用多次，催化效果能夠得到較好的保持，這對于其實(shí)際應(yīng)用是另一個(gè)關(guān)鍵因素。

　　(3)相比較零維納米材料，二氧化錳一維納米材料具有較好的可分離性，對于重復(fù)使用非常有利。