一种臭氧氧化催化剂的合成方法及其应用
1.本发明涉及一种臭氧氧化催化剂，特别涉及一种用于处理煤矿矿井水的臭氧氧化催化剂的合成方法及其应用。
背景技术：
2.在煤矿开采过程中，由于乳化液和固化剂的使用、开采地质条件的变化、机械设备检修油污的混入，以及排水系统混入的其他污染因素，容易导致煤矿矿井涌水化学需氧量cod
cr
等指标异常升高，有时codcr可超过200 mg/l。
3.现有的矿井水处理工艺一般为“预沉调节
→
混凝沉淀
→
过滤
→
超滤”，其对乳化液、固化剂等这些水溶性物质的去除能力极为有限，致使codcr指标经常不能满足相应的回用标准，致使处理后的水既不能外排也不能回用。对于矿井水这类可生化性差的工业废水而言，通常采用高级氧化方法对有机污染物进行处理。在高级氧化反应过程中，氧化剂在催化剂的作用下产生活性极强的自由基，通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解矿化为co2和h2o。
4.高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。而化学氧化法就是其中应用最多、效果也最好的一种方法。化学氧化法主要包括芬顿试剂氧化法和臭氧氧化法。芬顿试剂氧化法由于处理过程需要使用大量的硫酸、双氧水等危险性高的管控药剂，特别是对于大水量的矿井水而言，应用受到一定限制。臭氧氧化法是利用臭氧做作为强氧化剂，氧化废水中的有机物或无机物，从而对废水进行处理，是水处理中应用最为广泛的化学氧化法之一。
5.在对煤矿矿井水进行处理时，为了降低煤矿矿井水codcr的指标，同时不造成二次污染，本发明研发了一种生产成本低廉，可大量生产和使用的臭氧氧化催化剂。
技术实现要素：
6.本发明的目的是提供一种臭氧氧化催化剂的合成方法。
7.本发明的另一个目的是提供臭氧氧化催化剂的应用。
8.本发明提供的技术方案为：一种臭氧氧化催化剂的合成方法，步骤为：将无水硝酸盐溶于蒸馏水中，配成溶液，将无机载体浸于溶液中，搅拌均匀后静置，然后放入高温炉中，110-130℃保温3-4小时，500-600℃煅烧2-3小时，冷却至室温，即得。
9.进一步地，所述无水硝酸盐是硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁、硝酸铈、硝酸镧中的一种或以任意比例的任意几种的混合物。
10.所述无机载体是活性氧化铝和/或分子筛。
11.所述的每100ml蒸馏水中溶解无水硝酸盐15-25g，浸入无机载体20-30g。
12.所述的静置时间为20-26h。
13.所述的保温温度为120℃，煅烧温度为550-580℃。
14.更进一步地，本发明还公开了臭氧氧化催化剂在煤矿矿井水处理中的应用。
15.臭氧氧化催化剂在煤矿矿井水处理中的应用时，应用于经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水，每1l矿井水投入2.5-15g的臭氧氧化催化剂，用于降解其有机污染物。
16.本发明臭氧氧化催化剂的生产成本低廉，合成条件温和，在应用于矿井水处理时，臭氧在铜、锌、钴、镍、铁、铈、镧的氧化物的催化作用下，可以产生氧化能力极强的羟基自由基
·
oh，其有极高的氧化电位（2.80 ev），氧化能力极强，可以与大多数有机污染物发生快速的链式反应，把有害物质氧化成co2、h2o或矿物盐，无二次污染。
17.与现有技术相比，本发明臭氧氧化催化剂的生产成本低，处理条件温和，应用操作简便，无二次污染，适用于工业化处理的要求，可大范围的推广使用。
具体实施方式
18.下面所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1将3 g无水硝酸铜溶于20 ml蒸馏水中，配成溶液，将4 g活性氧化铝浸于其中，搅拌均匀后静置24小时；然后将所得的样品放入高温炉中依次120℃保温3小时，500℃煅烧2小时；最后，样品随炉冷却至室温获得催化剂。通过电感耦合等离子体光谱测得金属氧化物固载量为1.22%。
20.向2 l经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水（cod
cr
为87.5 mg/l）中投加20 g所制备的催化剂，调节臭氧产生效率为8 g/h，通入臭氧30 min，剩余水样codcr为14.2 mg/l。
21.实施例2将3 g无水硝酸锌溶于20 ml蒸馏水中，配成溶液，将5 g分子筛浸于其中，搅拌均匀后静置20小时；然后将所得的样品放入高温炉中依次120℃保温3小时，500℃煅烧3小时；最后，样品随炉冷却至室温获得催化剂。通过电感耦合等离子体光谱测得金属氧化物固载量为1.28%。
22.向2 l经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水（cod
cr
为85.2 mg/l）中投加5 g所制备的催化剂，调节臭氧产生效率为10 g/h，通入臭氧30 min，剩余水样codcr为17.6 mg/l。
23.实施例3将5 g无水硝酸铁溶于20 ml蒸馏水中，配成溶液，将6 g活性氧化铝浸于其中，搅拌均匀后静置24小时；然后将所得的样品放入高温炉中依次120℃保温4小时，500℃煅烧3小时；最后，样品随炉冷却至室温获得催化剂。通过电感耦合等离子体光谱测得金属氧化物固载量为1.21%。
24.向2 l经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水（cod
cr
为89.4 mg/l）中投加5 g所制备的催化剂，调节臭氧产生效率为2 g/h，通入臭氧40 min，剩余水样codcr为16.8 mg/l。
25.实施例4将4 g无水硝酸钴和1 g硝酸镧溶于20 ml蒸馏水中，配成溶液，将6 g分子筛浸于
其中，搅拌均匀后静置24小时；然后将所得的样品放入高温炉中依次120℃保温3小时，500℃煅烧2小时；最后，样品随炉冷却至室温获得催化剂。通过电感耦合等离子体光谱测得金属氧化物固载量为1.27%。
26.向2 l经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水（cod
cr
为84.2 mg/l）中投加15 g所制备的催化剂，调节臭氧产生效率为6 g/h，通入臭氧40 min，剩余水样codcr为13.6 mg/l。
27.实施例5将3 g无水硝酸镍和1 g硝酸铈溶于20 ml蒸馏水中，配成溶液，将5 g活性氧化铝浸于其中，搅拌均匀后静置26小时；然后将所得的样品放入高温炉中依次120℃保温3小时，500℃煅烧3小时；最后，样品随炉冷却至室温获得催化剂。通过电感耦合等离子体光谱测得金属氧化物固载量为1.32%。
28.向2 l经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水（cod
cr
为85.6 mg/l）中投加10 g所制备的催化剂，调节臭氧产生效率为4 g/h，通入臭氧30 min，剩余水样codcr为12.4 mg/l。
29.实施例6将1 g无水硝酸铜和2 g无水硝酸镧溶于20 ml蒸馏水中，配成溶液，将6 g活性氧化铝浸于其中，搅拌均匀后静置24小时；然后将所得的样品放入高温炉中依次120℃保温4小时，500℃煅烧3小时；最后，样品随炉冷却至室温获得催化剂。通过电感耦合等离子体光谱测得金属氧化物固载量为1.36%。
30.向2 l经混凝沉淀和石英砂过滤后的矿井水（cod
cr
为87.2 mg/l）中投加25 g所制备的催化剂，调节臭氧产生效率为8 g/h，通入臭氧30 min，剩余水样codcr为10.6 mg/l。
31.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
技术特征：
1.一种臭氧氧化催化剂的合成方法，其特征在于，步骤为：将无水硝酸盐溶于蒸馏水中，配成溶液，将无机载体浸于溶液中，搅拌均匀后静置，然后放入高温炉中，110-130℃保温3-4小时，500-600℃煅烧2-3小时，冷却至室温，即得。2.根据权利要求1所述的臭氧氧化催化剂的合成方法，其特征在于，所述无水硝酸盐是硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁、硝酸铈、硝酸镧中的一种或以任意比例的任意几种的混合物。3.根据权利要求1所述的臭氧氧化催化剂的合成方法，其特征在于，所述无机载体是活性氧化铝和/或分子筛。4.根据权利要求1所述的臭氧氧化催化剂的合成方法，其特征在于，所述的每100ml蒸馏水中溶解无水硝酸盐15-25g，浸入无机载体20-30g。5.根据权利要求1所述的臭氧氧化催化剂的合成方法，其特征在于，所述的静置时间为20-26h。6.根据权利要求1所述的臭氧氧化催化剂的合成方法，其特征在于，所述的保温温度为120℃，煅烧温度为550-580℃。7.权利要求1-6任意一项所述的臭氧氧化催化剂在煤矿矿井水处理中的应用。
技术总结
本发明公开了一种臭氧氧化催化剂的合成方法及其应用，涉及一种臭氧氧化催化剂。一种臭氧氧化催化剂的合成方法，是将无水硝酸盐溶于蒸馏水中，配成溶液，将无机载体浸于溶液中，搅拌均匀后静置，然后放入高温炉中，110-130℃保温3-4小时，500-600℃煅烧2-3小时，冷却至室温，即得。本发明臭氧氧化催化剂的生产成本低，处理条件温和，应用操作简便，无二次污染，适用于工业化处理的要求，可大范围的推广使用。可大范围的推广使用。
