一种绿色高效污水处理催化剂及其制备方法与流程

本发明属于污水处理，涉及一种绿色高效污水处理催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、绿色污水处理催化剂是一种在污水处理中起到至关重要作用的处理技术。它能够有效降解有机物和去除污染物，从而净化水体。

2、绿色污水处理催化剂通过提供活化能降低化学反应的能量要求，加速反应速率。在污水处理过程中，催化剂通过吸附、解离、表面反应和再生成等过程，将有机物转化为无害的物质。常见的绿色污水处理催化剂包括金属催化剂、氧化物催化剂和生物催化剂等。其中，生物催化剂是通过将微生物引入废水处理系统中，利用微生物对有机物质进行降解和氧化的方法。化学催化剂则是指一类通过人工合成的化学物质，可以在废水中起到催化作用的化学物质。绿色污水处理催化剂不仅应用于污水处理领域，还广泛应用于饮用水处理、工业废水处理、农业用水处理以及海水淡化等领域。同时，为了环保和可持续发展，绿色催化剂的选用和生产也至关重要。应选用无毒无害、环境友好的材料，避免在处理过程中产生二次污染。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种绿色高效污水处理催化剂及其制备方法，具有催化性能好，稳定性高的特点。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种绿色高效污水处理催化剂，所述催化剂配方如下，按重量份数计，改性cuo-zno组合物40～50份，绿藻粉末30～40份，珊瑚钙粉10～15份，氧化铑3～5份，分散剂3～5份，偶联剂1～2份，

4、其中改性cuo-zno组合物制备流程如下，

5、s1：将硝酸铜、硝酸锌以摩尔比5：3混合，混合均匀后，再加入1wt％的柠檬酸，以200r/min的转速研磨0.5h，得到混合物a；

6、s2：再向混合物a里加入0.5wt％的聚乙二醇-2000，继续研磨0.5h，室温下进行超声，超声时长1h，得到混合物b；

7、s3：将混合物b在110℃下干燥24h，干燥后放入马弗炉内进行焙烧，由室温以5℃/min的速率升温至400℃，在400℃下焙烧4h，再以2℃/min的速率降温至室温，静置12h，得到混合物c；

8、s4：将混合物c用玛瑙球磨机进行研磨，研磨转速为500r/min，研磨时长为2h，得到cuo-zno组合物；

9、s5：对s4制得的cuo-zno组合物进行等离子改性，改性参数为，在室温下，以氩氢混合气为气源，气体流量为50ml/min，射电频率为50khz，工作时间为5min，得到改性cuo-zno组合物。

10、进一步的，所述分散剂为聚乙二醇，分子量范围为10000～20000。

11、进一步的，所述偶联剂为壳聚糖，聚氨酯中的一种或多种。

12、进一步的，所述s4中制得的cuo-zno组合物粒径大小为200目。

13、进一步的，所述s5中氩氢混合气中气体占比为92％的氩气，8％的氢气。

14、一种绿色高效污水处理催化剂的制备方法，所述制备方法具体流程如下，

15、s61：按比例将改性cuo-zno组合物，珊瑚钙粉和氧化铑混合，在50℃下，用流速为10m/s的氮气吹扫2h，得到混合物d；

16、s62：将混合物d在氮气气氛下进行二次焙烧，从50℃以5℃/min升温至300℃，焙烧时长为3h，焙烧完成后再以2℃/min缓慢降温至室温，得到混合物e；

17、s63：将混合物e降温至15℃，按比例加入绿藻粉末，分散剂和偶联剂，用球磨机在200r/min的转速下研磨1h，研磨温度为15℃，得到所述催化剂。

18、进一步的，所述制得的催化剂存放在25℃，湿度为30％的避光环境中。

19、本发明采用表面活性剂辅助制备cuo-zno组合物，在制备过程中通过添加表面活性剂更好的控制制得组合物的粒径大小，聚乙二醇-2000作为非离子型表面活性剂，通过范德华力吸附在组合物之间的缝隙上，产生渗透水化力使颗粒物破碎，为了更好的提升表面活性剂的渗透力，本发明中还加入了柠檬酸，柠檬酸和聚乙二醇-2000会产生协同作用，降低颗粒物之间的团聚力，使颗粒物更易破碎，进而使制得的组合物有更好的分散性，更小的粒径。在本发明中选用400℃对cuo-zno组合物先进行焙烧，在该温度下进行焙烧，可以完全去除柠檬酸和聚乙二醇-2000，并且不会使制得的cuo-zno组合物产生烧结。

20、再使用等离子体的高能量和高反应性使得组合物表面的原子和分子发生化学反应、物理碰撞和结构变化，从而增加组合物表面的活性位点的数量和活性，提高了用该组合物制得的催化剂的催化效率；此外，经过等离子处理后的组合物表面可以形成更稳定的结构，这有助于抵抗外部环境的不利影响，如高温、高压或腐蚀性物质。

21、为了更好的提升催化剂的性能，本发明中还加入了珊瑚钙粉，该物质的加入，可以提供大量的反应位点，来促进反应的进行。珊瑚钙粉具有抗氧化特性，这有助于减少自由基的产生，保护催化剂免受氧化损伤，在催化反应中，这种抗氧化特性可能有助于延长催化剂的使用寿命，提高催化效率，同时，这种抗氧化特性也会增强催化剂的稳定性，防止其在反应过程中失活或分解。金属组合物与珊瑚钙粉的混合与焙烧过程会改变催化剂的表面结构和电子状态，进而影响催化反应的选择性，珊瑚钙粉具有优良的耐热性和化学稳定性，将其与金属组合物混合并经过二次焙烧后，制得的催化剂会表现出更高的热稳定性和化学稳定性，在本发明中，二次焙烧在300℃下进行，在该温度下焙烧处理可以起到去除杂质、去除表面吸附物质的作用，此外，氮气气氛焙烧时，由于氮气的保护，活性组分基本不发生聚集，只是增强了活性组分间的相互作用，使制得的催化剂更加稳定。

22、绿藻作为天然的生物材料，其添加入催化剂中有助于实现催化剂的环保和可持续性，符合绿色化学的理念，此外，绿藻资源丰富，生长迅速，有利于降低催化剂的生产成本；cuo-zno组合物作为催化剂，在催化反应中会表现出酸碱性质，通过吸附反应物并提供活性位点来促进反应，这种过程可视为一种酸碱性的体现，绿藻中含有大量金属元素，如铁、锌、钾、钙等，这些金属元素可以与呈现出酸碱性质的cuo-zno组合物催化剂产生相互作用，与催化剂表面的活性位点发生配位和交换，改变催化剂表面的性质结构，从而提高催化剂的活性和选择性，因此，绿藻的加入能够显著提高催化反应的效率，同时，cuo-zno组合物可以通过优化绿藻中的电子传递链，提高光合作用的效率。光合作用是绿藻将光能转化为化学能的过程，优化这个过程有助于绿藻更高效地利用光能，提高光能转化为化学能的效率，促进绿藻中能量的高效利用，在本发明中为了避免绿藻失活，在制备过程中，控制绿藻与金属组合物的反应温度为15℃。

23、氧化铑作为一种高活性的催化剂，其催化反应速率快，催化效率高。在污水处理过程中，氧化铑能有效地加速化学反应的进行，促进有害物质的分解和转化，从而提高污水处理效率，因此，本发明中还加入了氧化铑进一步提高催化剂的性能。

24、本发明的有益效果：

25、本发明采用表面活性剂辅助制备cuo-zno组合物，并通过控制焙烧温度使制得的组合物有更好的分散性，更小的粒径，再使用等离子体增加组合物表面的活性位点的数量和活性，提高了用该组合物制得的催化剂的催化效率；本发明中还加入了珊瑚钙粉，并将珊瑚钙粉与金属组合物混合在氮气下进行二次焙烧，提高了制得的催化剂的热稳定性和化学稳定性；本发明中将绿藻和改性后的cuo-zno组合物混合，绿藻的加入可以提高催化剂的活性和选择性，cuo-zno组合物则可以优化绿藻中的电子传递链，提高光合作用的效率，促进绿藻中能量的高效利用，将绿藻添加入催化剂中有助于实现催化剂的环保和可持续性，符合绿色化学的理念。