本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂及其制备方法。
背景技术：
随着中国工业化进程的日益加快，水污染问题的日益加剧成为影响中国可持续发展的重大问题。有机废水是公认的高危污染物之一，有机废水成分复杂，可生化性差，废水处理难度大，传统的二级生化处理已经难以满足新的排放标准要求，由此高级氧化技术应运而生，并得到迅速发展。
臭氧催化氧化技术是基于臭氧的高级氧化技术，是近年来工业污水处理领域的研究热点。臭氧，是一种安全洁净的氧化剂，氧化电位为2.07v，仅次于 oh(2.81v)和f2(2.87v)的氧化电位。臭氧氧化法主要通过直接和间接反应两种途径得以实现。其中直接反应指臭氧与有机物直接反应；间接反应为在常压下将臭氧分解为氧化性更强的羟基自由基与废水中的有机物发生氧化反应，使有机物转化为二氧化碳和水，从而达到降低废水中cod的目的。其中，羟基自由基是臭氧与催化剂相互作用产生的，氧化速率更快，几乎可以氧化所有的污染物。为了增加臭氧与催化剂作用产生羟基自由基的速率，大量科研工作者一方面寻找性能更优异的臭氧催化材料，另一方面制备更好的理想的催化剂载体。
常见的臭氧催化氧化催化剂是将金属或者金属氧化物负载在沸石、陶瓷、硅胶、分子筛等一系列多孔催化剂材料的载体上，这些载体具有比表面积大，催化剂寿命高，易于分离回收等特点。对于已有的多孔催化剂载体，如何进一步改性，加快其催化臭氧分解羟基自由基的速率，是臭氧催化氧化催化剂的研究热点。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够提高加速污水中有机物的氧化速率和效率且成本低、制备方法简单的铁复合催化剂。
本发明一种用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂，所述用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的载体为复合载体，活性成分为氧化铁，所述复合载体为活性氧化铝和活性氧化铁。
本发明催化剂的载体为复合载体，通过粘合剂将活性氧化铝和活性氧化铁结合在一起，活性氧化铝和活性氧化铁本身都具有较高的催化活性，可催化臭氧分解，两种材料混合后，其催化活性大于单独存在时的催化活性，提高了催化剂的负载量。
进一步的，所述复合载体活性氧化铁与活性氧化铝的质量比为1:9～3:7。
复合载体中活性氧化铝与活性氧化铁的质量比为9:1～17:3时，复合载体的催化活性更好。
进一步的，复合载体的粘合剂为pam。
pam(聚丙烯酰胺)上有酰胺基，易与水或水中某些有机污染物形成氢键，快速吸附有机污染物，加速其被臭氧降解的速率和效率。
另一方面，本发明公开了一种用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂复合载体的制备：
将活性氧化铁和活性氧化铝混合均匀，加入粘合剂溶液，搅拌均匀后按压成块，然后进行干燥处理，干燥后进行煅烧，得到催化剂复合载体；
(2)催化剂的制备：
配置铁盐溶液，将步骤(1)制备的复合载体放入所述铁盐溶液中浸泡，再进行干燥处理，干燥后进行煅烧，得到铁复合催化剂。
进一步的，所述粘合剂的溶剂为水和双氧水，所述水和双氧水的体积比为7:3～1:1。
以水和双氧水为溶剂，在干燥过程中，双氧水分解生成氧气，促使催化剂的比表面积增大，从而加大催化剂与废水的接触面积，进而加快污染物的降解速率和效率。
进一步的，所述双氧水的浓度为27％。
双氧水的浓度为27％时，效果最好。
进一步的，所述步骤(1)催化剂复合载体的制备过程中，所述干燥处理包括两个阶段，第一阶段干燥温度为50～80℃，干燥时间为0.5～2h，第二阶段干燥温度为80～100℃，干燥时间为0.5～2h，所述煅烧的温度为550～650℃，煅烧时间为3h～4.5h。
进一步的，所述粘合剂pam的浓度为3‰～5‰。
进一步的，所述步骤(2)催化剂的制备过程中，所述浸泡的时间为30～90min；所述铁盐包括硝酸铁、醋酸铁、氯化铁、聚氯化铁中的至少一种，所述铁盐的浓度为15％～35％。
复合载体在聚氯化铁等聚铁溶液中浸泡，干燥并煅烧后得到的催化剂对大分子有机污染物的废水催化效果更好，复合载体在氯化铁、硝酸铁等铁盐中浸泡，干燥并煅烧后得到的催化效果更好。
进一步的，所述步骤(2)催化剂的制备过程中，所述干燥处理的干燥温度为90～120℃，干燥时间为2～3h，所述煅烧的温度为400～600℃，煅烧时间为4～6h。
温度太低，制备出来的复合载体在废水中易碎，温度太高，复合载体的催化活性降低。因此本发明的催化剂的最佳煅烧温度为550℃～650℃。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、大大提高了催化剂的催化活性；
2、原料易得，成本低；
3、制备的方法简单，易于大规模生产；
4、稳定性好，可重复利用多次。
具体实施方式
下面结合并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
称取活性fe2o3和al2o3粉末混合均匀，加入适量的5‰的pam溶液，搅拌均匀，按压成块，fe2o3与al2o3的质量比为1:9。之后块状材料在60℃的条件下干燥1.5h，接着在100℃的条件下干燥1h，最后在不同的温度t1℃的条件下煅烧4.5h，得到催化剂载体。
将催化剂载体在20％的硝酸铁溶液中浸泡45min，然后在100℃的条件下干燥2h，最后在不同的温度t2℃的条件下煅烧4.5h，得到臭氧催化氧化的铁复合的催化剂。
臭氧实验条件，催化剂的投加量为10g/l，反应时间为20min，臭氧投加量为2g/h，水量为1l。
水样初始cod为450mg/l，挥发酚浓度为60mg/l，结果如表1所示：
表1
实施例2：
称取活性fe2o3和al2o3粉末混合均匀，加入适量的5‰的pam溶液，搅拌均匀，按压成块，fe2o3与al2o3的质量比为不同的比例n。之后块状材料在80℃的条件下干燥1h，接着在120℃的条件下干燥0.5h，最后在600℃的条件下煅烧4h得到催化剂载体。
将催化剂载体在v的醋酸铁溶液中浸泡90min，然后在100℃的条件下干燥2h，最后在550℃的条件下煅烧4h，得到臭氧催化氧化的铁复合的催化剂。
臭氧实验条件，催化剂的投加量为10g/l，反应时间为30min，臭氧投加量为2g/h，水量为1l。
水样初始cod为450mg/l，挥发酚浓度为60mg/l，结果如表2所示：
表2
实施例3：
称取活性fe2o3和al2o3粉末混合均匀，加入适量的4‰的pam溶液，搅拌均匀，按压成块，fe2o3与al2o3的质量比为3:17。之后在90℃的条件下干燥0.5h，接着在120℃的条件下干燥0.5h，最后在600℃的条件下煅烧4h得到催化剂载体。
将催化剂载体在25％的铁盐溶液中浸泡90min，然后在100℃的条件下干燥2h，最后在550℃的条件下煅烧不同时间d，得到臭氧催化氧化的铁复合的催化剂。
臭氧实验条件，催化剂的投加量为10g/l，反应时间为20min，臭氧投加量为2g/h，水量为1l。
水样初始cod为450mg/l，挥发酚浓度为60mg/l，结果如表3所示：
表3
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、工艺步骤、方法所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
1.一种用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂，其特征在于，所述用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的载体为复合载体，活性成分为氧化铁，所述复合载体为活性氧化铝和活性氧化铁。
2.根据权利要求1所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂，其特征在于，所述复合载体活性氧化铁与活性氧化铝的质量比为1:9～3:7。
3.根据权利要求1或2所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂，其特征在于，所述复合载体的粘合剂为pam。
4.基于权利要求1-3任一项所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)催化剂复合载体的制备：
将活性氧化铁和活性氧化铝混合均匀，加入粘合剂溶液，搅拌均匀后按压成块，然后进行干燥处理，干燥后进行煅烧，得到催化剂复合载体；
(2)催化剂的制备：
配置铁盐溶液，将步骤(1)制备的复合载体放入所述铁盐溶液中浸泡，再进行干燥处理，干燥后进行煅烧，得到铁复合催化剂。
5.根据权利要求4所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述粘合剂的溶剂为水和双氧水，所述水和双氧水的体积比为7:3～1:1。
6.根据权利要求5所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述双氧水的浓度为27％。
7.根据权利要求4-6任一项所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)催化剂复合载体的制备过程中，所述干燥处理包括两个阶段，第一阶段干燥温度为50～80℃，干燥时间为0.5～2h，第二阶段干燥温度为80～100℃，干燥时间为0.5～2h，所述煅烧的温度为550～650℃，煅烧时间为3～4.5h。
8.根据权利要求4-6任一项所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述粘合剂pam的浓度为3‰～5‰。
9.根据权利要求4-6任一项所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)催化剂的制备过程中，所述浸泡的时间为30～90min；所述铁盐包括硝酸铁、醋酸铁、氯化铁、聚氯化铁中的至少一种，所述铁盐的浓度为15％～35％。
10.根据权利要9所述的用于臭氧催化氧化的铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)催化剂的制备过程中，所述干燥处理的干燥温度为90～120℃，干燥时间为2～3h，所述煅烧的温度为400～600℃，煅烧时间为4～6h。
技术总结