一種新型常溫常壓下含酚廢水催化劑制備技術

夏廣方（葛洲壩易普力股份有限公司，重慶401121）

一種新型常溫常壓下含酚廢水催化劑制備技術

夏廣方（葛洲壩易普力股份有限公司，重慶401121）

本文以Cu和Ce鹽為原料，采用混合焙燒法在常溫常壓下制備了CuO/CeO2復合催化劑，并用于催化氧化處理苯酚模擬廢水。考察了催化劑制備條件對催化劑活性的影響。確定了最佳制備條件為：Cu/Ce原子配比為n（Cu）:n（Ce）=1:8，焙燒溫度700℃，焙燒時間3h。

苯酚廢水；催化氧化；CuO/CeO2

本文通過在常溫常壓下，制得一種高效、穩定、廉價的新型Cu-Ce濕式氧化催化劑，通過考察焙燒溫度、焙燒時間等對苯酚去除率來確定催化劑的最佳制備條件。

一、實驗藥品及儀器

1.實驗藥品

苯酚（C6H5OH）；硝酸鈰（Ce（NO3）3·6H2O）；檸檬酸（C6H8O7·H2O）；硝酸銅（Cu（NO3）2·3H2O）；30%過氧化氫（H2O2）；以上均為分析純試劑。

2.實驗儀器

電子天平；TDZ4-WS低速臺式離心機；HH-S恒溫水浴鍋；JJ-1定時電動攪拌器；DGG-9076A電熱恒溫鼓風干燥箱；實驗電阻爐（馬弗爐）。

3.催化劑的制備

采用混合焙燒法將不同物質的量比的Cu（NO3）2·3H2O和Ce（NO3）3·6H2O混合，并溶于少量的去離子水中配制成一定濃度的溶液，然后放在80℃恒溫水浴上中速（約100 r/min）攪拌，再向混合液中加入一定量的沉淀劑，在攪拌和加熱作用下緩慢蒸發。當蒸發至粘稠膠狀物時將其從水浴上取出，80℃下于烘箱中干燥24h后得到固體，最后再在一定溫度下焙燒2h得到所需催化劑樣品。

二、制備條件對催化劑活性的影響

催化劑的制備是影響其活性的最主要因素，本文考察了Cu/ Ce原子配比、焙燒溫度和焙燒時間對催化劑性能的影響。

1.Cu/Ce原子配比對苯酚去除率的影響

分別配制Cu/Ce比為1/0、1/3、1/5、1/8和1/10的硝酸鈰和硝酸銅混合溶液，依2.3步驟制備催化劑，焙燒條件為500℃，2h；將制得的5組Cu-Ce復合氧化物催化劑分別取50mg，然后分別取150mg/L的苯酚溶液50mL、30%H2O21.5mL在50℃下恒溫反應60min，考察Cu/Ce原子配比對苯酚去除率的影響。其結果見表2.1.1。

表2.1.1 Cu/Ce原子比對苯酚去除率的影響

從表2.1.1的結果可以看出，引入CeO2后的CuO-CeO2的催化劑比CuO催化劑催化氧化降解苯酚廢水的催化活性提高很多，Cu/Ce原子比在1/0-1/8之間時，隨著Ce含量的增加，催化劑的催化活性也隨之提高，當Cu/Ce原子比為1/8時催化劑催化氧化降解苯酚廢水的催化活性最好，苯酚的去除率最高達到72.18%。繼續增加Ce的含量時，其催化劑催化活性卻有所降低。由此可見引入CeO2明顯提高了CuO-CeO2催化劑的催化活性，CeO2起到了顯著的助催化劑作用。

2.焙燒溫度對苯酚去除率的影響

取150mg/L的苯酚溶液50mL、不同焙燒溫度下的Cu/Ce復合氧化物催化劑50mg、30%H2O21.5mL在50℃下恒溫反應60min，考察催化劑的焙燒溫度對苯酚去除率的影響。

焙燒溫度小于700℃時，隨著焙燒溫度的升高，苯酚的去除率逐漸增大；在焙燒溫度為700℃時，苯酚去除率達最大值為88.83%。當焙燒溫度超過700℃時，苯酚的去除率顯著降低。

通常，反應物的活化是催化氧化的控制步驟，適當地提高焙燒溫度，有利于催化反應所需的活性相和不定形相的形成，使催化劑表面所需的活性中心形成，從而提高了催化劑的催化活性。但是，焙燒溫度過高，會使催化劑的晶相組成發生一定的轉變，可能會導致催化劑中物相的進一步分解，也可能使得CuO/CeO2轉變為不利于反應的物相，導致催化劑活性降低，苯酚的去除率降低。

3.焙燒時間對苯酚去除率的影響

取150mg/L的苯酚溶液50mL、700℃下不同焙燒時間下的Cu/ Ce復合氧化物催化劑50mg、30%H2O21.5mL在50℃下恒溫反應60min，考察了催化劑的焙燒時間對苯酚去除率的影響。

在焙燒時間為3h時，苯酚去除率達最大值為87.22%。但當焙燒時間大于3h后，苯酚的去除率反而隨時間的增加而降低。可以看出，在700℃的焙燒溫度下，焙燒3h時催化劑的活性最好，這是因為在給定700℃的焙燒溫度下焙燒3h時，催化劑的基體物基本上轉化為再結晶的活性氧化物；低于3h時催化活性較低是由于催化劑存在著一定量的無定形晶體，而當焙燒時間大于3h后，催化劑的活性反而隨時間的增加而降低，這是由于相當一部分再結晶的活性氧化物發生燒結，轉變成無活性氧化物。

三、結語

本文以Cu和Ce鹽為原料，在常溫常壓下制備了CuO/CeO2復合催化劑。采用催化濕式過氧化物氧化法處理含酚廢水，以150 mg/L苯酚的去除率作為催化劑性能的評價指標，通過Cu/Ce原子配比、焙燒溫度和焙燒時間考察對催化劑性能的影響。確定了CuO/CeO2復合催化劑最佳制備條件為：Cu/Ce原子配比為n（Cu）：n（Ce）=1：8，焙燒溫度700℃，焙燒時間3h。

［1］金小元等.二氧化氯催化氧化處理含酚廢水的研究，離子交換與吸附，2003，19（1）：61-66.

［2］趙名，余全偉，蔡黎等.焙燒溫度對Ce0.65Zr0.35O2儲氧材料性能的影響［J］.功能材料，2008，5：793-795.