基于羰基金属络合物制备的低负载纳米催化剂及其在湿式催化氧化高浓度有机废水中的应用

In recent years, the catalytic wet oxidation of organic matter in the wastewater treatment research rapid development, but the related low load precious metal catalysts development and the catalytic wet oxidation of highly concentrated organic waste water (COD reaches as high as 100,000～200,000 mg/L) are few. Therefore, this article disperses a metal atom bunch of complex compound on the carrier surface, coupled with the synergistic effects of rare earth metals, catalysts for preparation of a series of low-load efficiency, green, for research on catalytic wet oxidation of high concentration organic wastewater. Through a series of characterization to reveal the effect of electron transfer between transition metal and rare earth elements and interactions between the various components；Oxygen or air as the oxidant, make the COD removal can reach 97% of the COD up to hundreds of thousands of organic wastewater under relatively mild conditions, and the establishment of a green wet catalytic oxidation system with application prospects.

近年来，有关湿式催化氧化法处理有机废水的研究迅速发展，但是有关低负载贵金属催化剂的研制和高浓度有机废水（COD高达10～20万mg/L）的氧化处理研究较少。为此，本文将金属原子簇络合物分散于载体表面，再加上稀土金属的协同效应，制备一系列低负载高效、绿色催化剂，用于湿式催化氧化高浓度有机废水的研究。并通过系列表征揭示过渡金属与稀土元素之间的电子传递效应和催化剂各组分之间的相互作用；以氧气或空气为氧化剂，在较为温和的条件下使得水中COD高达数十万的有机物去除率达到97%以上，建立一个具有应用前景的绿色湿式催化氧化体系。

随着工业的迅猛发展，尤其是医药、化工、纺织印染等行业的发展，使得高浓度难降解的有机废水越来越多，导致治理成本高、治理难度大。湿式催化氧化法（CWAO）是一项新的治理废水的技术，在美国、日本、欧共体等国进行广泛而深入的研究与开发。本项目采用羰基金属为催化剂前驱体制备的低负载（0.3 wt%Ru）纳米催化剂对高浓度有机废水进行催化氧化处理取得了良好的效果。.采用羰基金属为催化剂前驱体制备的低负载（0.3 wt%Ru）纳米催化剂，经过系列表征发现由于Ru3(CO)12和载体Al2O3表面的OH发生相互作用产生两种新的羰基钌物种RuA和RuB，进一步还原这种羰基钌氧化物种产生了Ru0和RuO2，同时也提高了Ru在载体表面的分散度。而催化剂中CeO2实为Ce4+、Ce3+混合共存的体系，可能由于各元素之间的电子转移或者活性成分和载体的相互作用导致催化剂表面存在多种价态的化合物，多种表征结果表明催化剂中Ru与Ce或者与载体之间有强烈的相互作用，这种相互作用提高了催化剂的活性和稳定性。.采用自制催化剂对COD达到21.885万mg/L的混合有机物（异丙醇、苯酚、甲醇）进行湿式催化氧化降解，以氧气或空气为氧化剂，在设定温度达到243℃以上，压力3.0Mpa，液体空速为1.5h-1时，COD的去除率能达到95～99%。连续实验210小时，COD的去除率前20h能达到99%，30h后COD去除率在93～95%左右，210h活性基本保持稳定，表明催化剂稳定性较好。对工业废水中各种比较难降解的的有机物进行试验，结果表明对高浓度洗洁精水、含蔗糖、聚乙烯醇（PVA）、乳化剂等高分子化合物的废水降解效果很好。采用低负载羰基金属催化剂对COD高达12万mg/L的含氮有机模拟废水进行催化氧化，并对载体进行了调整，使得催化剂的稳定性大大提高，在280℃，3.0Mpa，空气流量350ml/min，液体空速2.0h-1的条件下连续反应150-180h，COD的去除率基本在90%左右。