專利名稱：硅酸鋅催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化劑制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
非均相催化臭氧氧化技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種新型的、在常溫常壓下將難以用 臭氧單獨氧化的有機物氧化的方法，具有催化劑制備工藝簡單、易于回收，處理成本低，活 性高，不會造成二次污染等優(yōu)點。目前，所用的催化劑主要是金屬氧化物(Mn02、Al203、TiA 等)、負載在載體上的金屬或金屬氧化物以及活性炭等。硅酸鋅固態(tài)外觀為白色，不溶于水和有機溶劑，已經(jīng)有將其以吸附劑，混凝劑和填 料的形式應(yīng)用于水處理中的報道，目前關(guān)于硅酸鋅催化劑的制備尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供硅酸鋅催化劑的制備方法。本發(fā)明中硅酸鋅催化劑的制備方法是按下述步驟進行的一、以lOOr/min 300r/min的攪拌速度不斷攪拌濃度為0. 2mol/L 2. Omol/L的可溶性鋅鹽溶液，并緩慢滴 加濃度為0. 25mol/L 2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液直至pH值為8 9，得到混合液； 二、將步驟一所得混合液靜沉10 30min，然后置于30°C 60°C的環(huán)境中活化12 Mh，過 濾，將沉淀物用超純水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不發(fā)生變化為止，干燥后研磨，過篩， 即得到硅酸鋅鹽催化劑。本發(fā)明制備催化劑在水中易于分散，溶于水中靜置IOmin后即可完全沉降。與現(xiàn) 有的納米級鋅系催化劑相比，本發(fā)明生產(chǎn)成本低；產(chǎn)品的效果好，而且無毒無副作用，易于 回收利用。本發(fā)明制備催化劑能促進水體中臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基，增加臭氧氧化過程 中羥基自由基的生成速率和數(shù)量，提高臭氧的氧化性和利用率。催化臭氧氧化比單獨臭氧 氧化對水中有機污染物的去除率提高40 75個百分點。本發(fā)明制備的硅酸鋅催化劑作為 催化臭氧分解生成羥基自由基的催化劑用于連續(xù)流試驗中具有催化去除有機污染物活性 強，自身穩(wěn)定性高，易于回收利用(回收使用后從水中分離后干燥)，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu) 點ο


圖1是具體實施方式
十對比實驗去除水中有機污染物對氯硝基苯的效果圖，圖中 ■曲線表示投加臭氧和催化劑硅酸鋅的有機污染物去除率曲線；圖中 曲線表示僅投加臭 氧的有機污染物去除率曲線；圖中▲曲線表示硅酸鋅吸附有機污染物曲線；圖2是具體實 施方式九制備硅酸鋅的透射電鏡譜圖；圖3是具體實施方式
十制備硅酸鋅的XPS譜圖；圖4 是具體實施方式
十中不同催化劑催化臭氧氧化去除水中對氯硝基苯對比圖，圖中▽表示硅 酸鋅，■表示硅酸鐵，〇表示硅酸錳，▲表示硅酸銅。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式中硅酸鋅催化劑的制備方法是按下述步驟進行的 一、以100r/min 300r/min的攪拌速度不斷攪拌濃度為0. 2mol/L 2. Omol/L的可溶性 鋅鹽溶液，并緩慢滴加濃度為0. 25mol/L 2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液直至pH值為 8 9，得到混合液；二、將步驟一所得混合液靜沉10 30min，然后置于30°C 60°C的環(huán) 境中活化12 Mh，過濾，將沉淀物用超純水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和pH值不發(fā)生變化為 止，干燥后研磨，過篩，即得到硅酸鋅鹽催化劑。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述可溶性鋅 鹽為硝酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一所述的堿 金屬硅酸鹽為硅酸鈉、偏硅酸鈉或硅酸鉀。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一所述 的滴加速度為lmL/min。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二所述 活化溫度為40°C 50°C。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二所述 活化溫度為45°C。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是所述活化時 間為16 20h。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是所述活化時 間為18h。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟二所述 干燥溫度40°C 60°C，干燥時間15 20h。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至七之一相 同。
具體實施方式
十本實施方式中硅酸鋅催化劑的制備方法是按下述步驟進行的 一、以lOOr/min的攪拌速度不斷攪拌濃度為0. 6mol/L的可溶性鋅鹽溶液，以lmL/min速度 滴加濃度為0. 67mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液直至pH值為8，得到混合液；二、將步驟一所 得混合液靜沉30min，然后置于60°C的環(huán)境中活化4h，過濾，將沉淀物用超純水洗滌至上清 液的電導(dǎo)率和PH值不發(fā)生變化為止，在40°C條件下干燥20h后研磨，過60目的篩，即得到 硅酸鋅鹽催化劑。本實施方式中沉淀物為白色。比表面積為387.7660m2/g，催化劑的形態(tài)見圖2，催 化劑的元素組成見圖3。本實施方式制備的硅酸鋅鹽催化劑需密封干燥保存。采用下述試驗驗證本發(fā)明效果試驗一分別在連續(xù)流試驗中去除水中相同濃度的有機污染物對氯硝基苯 (pCNB)(初始濃度100 μ g/L)，一組單獨投加臭氧，液相臭氧濃度約為0. 6mg/L ；另一組投加 臭氧和催化劑硅酸鋅，液相臭氧濃度約為0. 6mg/L，催化劑投加量為500mg ；兩組水中pCNB 的去除效果如圖1所示。其中兩組連續(xù)流試驗中進水流速和出水流速均為6L/h，采用連續(xù) 進水連續(xù)出水的反應(yīng)方式，每隔20min取樣測定出水中pCNB的含量。催化劑的加入使pCNB 去除率(反應(yīng)20min)提高了 70個百分點，而且硅酸鋅吸附有機污染物(pCNB)量非常小只
4有15%左右。連續(xù)運行60min后Si2+溶出為0. 035mg/L遠遠小于國家飲用水中Si離子濃 度的要求(lmg/L)。實驗數(shù)據(jù)表明，所制備的催化劑催化臭氧氧化去除有機污染物的活性 強，自身穩(wěn)定性高。實驗二 分別在連續(xù)流試驗中考察了本實施方式制備的硅酸鋅催化劑、聚鐵硅 鹽，聚錳硅鹽和聚銅硅鹽催化臭氧氧化去除PCNB的效果。其中四種催化劑的投加量均為 500mg, pCNB初始濃度為100 μ g/L，結(jié)果如圖4所示，由圖4可知，硅酸鋅、聚鐵硅鹽，聚錳硅 鹽和聚銅硅鹽在與對比實驗條件一致的情況下硅酸鋅催化劑催化臭氧氧化對pCNB的去除 效果最好。在非均相催化臭氧氧化過程中，催化劑的表面羥基是自由基的引發(fā)劑和促進劑， 因此表面羥基在催化臭氧氧化過程中起著非常重要的作用。采用羥基脫質(zhì)子法對硅酸鋅， 聚鐵硅鹽，聚錳硅鹽和聚銅硅鹽表面的羥基密度進行了檢測，結(jié)果表明四種材料的表面羥 基密度分別為4. 40mmol/L,4. 07mmol/L,2. 46mmol/L和1. 87mmol/L，其中屬硅酸鋅表面羥
基含量最多。硅酸鋅催化劑、聚鐵硅鹽，聚錳硅鹽和聚銅硅鹽在去離子水中的沉降速度分別為 4X l(T2cm/s、3. 54X l(T2cm/s、2. 17X l(T2cm/s 和 2X l(T2cm/s ；其中硅酸鋅催化劑的沉降性
能最好。
權(quán)利要求
1.硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于硅酸鋅催化劑的制備方法是按下述步驟進行 的一、以100r/min 300r/min的攪拌速度不斷攪拌濃度為0. 2mol/L 2. Omol/L的可溶 性鋅鹽溶液，并緩慢滴加濃度為0. 25mol/L 2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液直至pH值 為8 9，得到混合液；二、將步驟一所得混合液靜沉10 30min，然后置于30°C 60°C的 環(huán)境中活化12 Mh，過濾，將沉淀物用超純水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和pH值不發(fā)生變化 為止，干燥后研磨，過篩，即得到硅酸鋅鹽催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟一所述可溶性鋅鹽 為硝酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟一所述的堿金 屬硅酸鹽為硅酸鈉、偏硅酸鈉或硅酸鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟一所述的滴加速度 為 lmL/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟二所述活化溫度為 40°C 50°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟二所述活化溫度為 45 "C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟二所述活化時間為 16 20h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟二所述活化時間為18h。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述硅酸鋅催化劑的制備方法，其特征在于步驟二所述干燥溫度為 40°C 60°C，干燥時間為15 20h。
全文摘要
硅酸鋅催化劑的制備方法，它屬于催化劑制備領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是提供硅酸鋅催化劑的制備方法。本發(fā)明用堿金屬硅酸鹽水溶液滴定可溶性鋅鹽溶液發(fā)生共聚沉淀反應(yīng)，并將沉淀物活化、干燥、研細、過篩后制成。與現(xiàn)有的納米級鋅系催化劑相比該催化劑具有制備成本低，催化效果好，無毒無副作用，易于回收利用。并且該催化劑能加速水體中臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基，增加臭氧氧化過程中羥基自由基的生成速率和數(shù)量，提高臭氧的氧化性和利用率。與單獨臭氧氧化相比催化臭氧氧化對水中有機污染物的去除率提高40～75個百分點。
文檔編號B01J23/06GK102114420SQ201010572270
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者劉宇, 劉玥, 沈吉敏, 袁磊, 陳忠林 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)