專利名稱：可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑及制備方法。
背景技術(shù)：
鋼鐵工業(yè)是高能耗、高污染的行業(yè)，在鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中，一方面會(huì)大量消耗資源和能源，另一方面必然會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物，這就會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，影響我們建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。我國(guó)攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，釩鈦鐵精礦經(jīng)高爐冶煉后得到含釩鐵水和含鈦高爐渣，由于原料中的TiO2幾乎全部進(jìn)入高爐渣，使渣中TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)25 %左右，成為重要的鈦資源，攀鋼每年要排放含鈦高爐渣300萬(wàn)t左右，其中約含70萬(wàn)t的TiO2,至今沒(méi)有合適的高附加值、整體地、無(wú)污染、無(wú)新廢棄物地利用方法，不僅造成了潛在的重大災(zāi)害隱患和環(huán)境污染，而且造成鈦資源的巨大浪費(fèi)。 目前，含鈦高爐渣的利用主要分為兩大類部分利用法和整體利用法。前者主要是以含鈦高爐渣作為提取鈦的原料，缺點(diǎn)是，分離率低、成本高、易造成新的污染；后者包括整體作為建材原料和生態(tài)化利用方法，作為建材原料浪費(fèi)其中的鈦資源，而作為生態(tài)化利用目前主要集中在紫外區(qū)域的光催化劑的制備，其應(yīng)用價(jià)值較低。這主要是因?yàn)殛?yáng)光中的紫外輻射能量較低，只占太陽(yáng)總輻射的4%左右，而現(xiàn)有制備方法獲得的光催化劑對(duì)紫外光具有很強(qiáng)的依賴性，如果將紫外光激發(fā)的半導(dǎo)體光催化劑應(yīng)用于降解無(wú)機(jī)污染物及其復(fù)雜體系，則降解設(shè)備投資及降解運(yùn)行成本都會(huì)很高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑及制備方法，目的是克服現(xiàn)有制備方法獲得的含鈦高爐渣光催化劑依賴于紫外光激活的不足，提供一種在廣譜范圍內(nèi)，即在紫外光及可見光照射下都有較強(qiáng)的光吸收和光響應(yīng)，一種具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑及其制備方法。一種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比，含氮元素7. 5 20wt%，余量為含鈦高爐渣組分及雜質(zhì)，催化劑的氮鈦質(zhì)量比為(O. 3-10) : I。本發(fā)明的制備方法按照以下步驟進(jìn)行
(1)破碎將含鈦高爐渣破碎后，經(jīng)篩選得到直徑<Imm的含鈦高爐渣粉末；
(2)摻雜將工業(yè)用尿素與破碎后的含鈦高爐渣粉末混合、研磨，混合比例按尿素中氮元素質(zhì)量占含混合物質(zhì)量的7. 5 20wt%，氮鈦質(zhì)量比為(O. 3-10) :1 ；
(3)濕混在混合粉末中加入無(wú)水乙醇，超聲分散l(T50min，得到混合漿料，將裝有混合漿料的容器轉(zhuǎn)移到水浴磁力攪拌器中攪拌，轉(zhuǎn)速為200-400rpm，溫度為25_80°C，攪拌時(shí)間 4_8h ；
(4)低溫烘干將攪拌后裝有混合漿料容器放入真空干燥箱，70°C干燥24-48 h；
(5)干混高能球磨將干燥后得到的混合粉末轉(zhuǎn)移到球磨罐中球磨，球料比為(1-3) : 1，獲得直徑O. 5-50 μ m的混合粉末；
(6)壓片用壓片機(jī)將上述混合粉末壓成片狀；
(7)焙燒在氧化氣氛下將混合粉末焙燒，焙燒溫度在40(T7(KrC，升溫速率為5 15°C/min，恒溫時(shí)間為1飛小時(shí)；
(8)將上述焙燒再冷卻后的混合粉末，再研磨至直徑O.5-50 μ m,獲得具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑。將獲得的具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑放入密封的干燥器中保存。所述的含鈦高爐渣中二氧化鈦含量為2_25wt%。所述的尿素為工業(yè)級(jí)尿素。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及其有益效果是
(1)本發(fā)明的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣光催化劑在可見光波長(zhǎng)范圍為400-700nm激發(fā)下具有較強(qiáng)的光吸收和光響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可見光的全額吸收，顯著提高了氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑的可見光催化活性，使得以含鈦高爐渣為原料制備的光催化劑能夠利用太陽(yáng)光等可見光源，有效地光降解水中有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，并具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，可實(shí)際應(yīng)用于催化太陽(yáng)光降解污染物過(guò)程；
(2)本發(fā)明以高爐冶煉后的含鈦高爐渣為主要原料，原料來(lái)源廣泛，一次性整體利用含鈦高爐渣，降低了原材料的成本，無(wú)二次污染，工藝簡(jiǎn)便，產(chǎn)品具有較高附加值，經(jīng)濟(jì)效益高。既解決了含鈦高爐渣大量排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題，又合理利用了鈦資源，且本發(fā)明方法易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑的制備方法的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1-3的催化劑產(chǎn)品在汞燈和金鹵燈照射條件下的還原率； 圖中I #為實(shí)施例I制備的催化劑，2 #為實(shí)施例2制備的催化劑，3 #為實(shí)施例3制
備的催化劑；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例I的催化劑產(chǎn)品的X射線衍射圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明和補(bǔ)充。本發(fā)明實(shí)施例中采用的尿素為普通工業(yè)用尿素，總氮含量大于46. 3%。本發(fā)明實(shí)施例中所用的含鈦高爐渣是釩鈦鐵精礦經(jīng)高爐冶煉后得到的含鈦高爐渣，其中二氧化鈦含量為2-25wt%。本發(fā)明實(shí)施例中采用的破碎機(jī)為ZNJ-120S型不銹鋼破碎機(jī)。本發(fā)明實(shí)施例中采用的球磨機(jī)為Φ 1200X2400型球磨機(jī)。本發(fā)明實(shí)施例中采用的壓片機(jī)為FW-4A型粉末壓片機(jī)。本發(fā)明實(shí)施例中采用的焙燒設(shè)備為馬弗爐。
本發(fā)明實(shí)施例中采用UV-2550型紫外可見分光光度計(jì)，分析六價(jià)鉻溶液濃度變化。本發(fā)明實(shí)施例中采用X’PertHighScorePlus軟件,分析樣品的晶相結(jié)構(gòu),分析儀器為D/max-2550PC型多晶X射線衍射儀。實(shí)施例I
可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比，含氮元素7. 5wt%，余量為含鈦高爐渣組分及雜質(zhì)，催化劑的氮鈦質(zhì)量比為O. 3: I。將含鈦高爐渣破碎后，經(jīng)篩選得到直徑小于Imm的含鈦高爐渣粉末；
將工業(yè)用尿素與破碎后的含鈦高爐渣粉末混合、研磨，混合比例按尿素中氮元素質(zhì)量占混合粉末質(zhì)量的7. 5wt%，其中氮鈦質(zhì)量比為O. 3:1，含鈦高爐渣含二氧化鈦25% ；
在混合粉末中加入無(wú)水乙醇，超聲分散50min ;將裝有混合衆(zhòng)料的容器轉(zhuǎn)移到水浴磁力攪拌器中攪拌，轉(zhuǎn)速為400rpm,溫度為80°C,攪拌時(shí)間8h ；
將裝有混合漿料容器放入真空干燥箱，70 °C干燥24 h；
將干燥后粉末轉(zhuǎn)移到球磨罐中球磨，球料比為3: 1，獲得直徑O. 5-20 μ m的混合粉末； 用壓片機(jī)將含鈦高爐渣與尿素的混合粉末壓成片狀；
在氧化氣氛下將混合粉末焙燒，焙燒溫度在400°C，升溫速率為5°C /min,恒溫時(shí)間為3小時(shí)；
對(duì)上述焙燒活化、冷卻后的混合粉末，再研磨至直徑O. 5-20 μ m的混合粉末，獲得具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑。將獲得的具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑放入密封的干燥器中保存。評(píng)價(jià)催化劑樣品的光催化活性的方法為稱取O. 015g的催化劑加入50ml含有六
價(jià)鉻溶液的試管中，通過(guò)磁力攪拌維持反應(yīng)器中催化劑處于懸浮狀態(tài)。進(jìn)行光催化反應(yīng)前，
在黑暗中攪拌反應(yīng)液直到溶液濃度不再變化，達(dá)到吸附/脫附平衡為止。光催化反應(yīng)過(guò)程
中，分別以汞燈、金鹵燈為輻照光源，60min取樣。樣品經(jīng)離心、過(guò)濾后，在六價(jià)鉻的最大吸收
波長(zhǎng)(λ max=540nm)處，利用二苯碳酰二肼比色法測(cè)定其吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線換算成為
相應(yīng)的濃度。催化劑的催化活性通過(guò)測(cè)定六價(jià)鉻光催化還原效率來(lái)評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑，其特征在于按質(zhì)量百分比，含氮元素7. 5 20wt%，余量為含鈦高爐渣組分及雜質(zhì)，催化劑的氮鈦質(zhì)量比為(O. 3-10) :1。
2.一種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 (1)破碎將含鈦高爐渣破碎后，經(jīng)篩選得到直徑<Imm的含鈦高爐渣粉末； (2)摻雜將エ業(yè)用尿素與破碎后的含鈦高爐渣粉末混合、研磨，混合比例按尿素中氮元素質(zhì)量占混合物質(zhì)量的7. 5 20wt%,氮鈦質(zhì)量比為(O. 3-10) : I ； (3)濕混在混合粉末中加入無(wú)水こ醇，超聲分散l(T50min，得到混合漿料，將裝有混合漿料的容器轉(zhuǎn)移到水浴磁力攪拌器中攪拌，轉(zhuǎn)速為200-400rpm，溫度為25_80°C，攪拌時(shí)間 4_8h ； (4)低溫烘干將攪拌后裝有混合漿料容器放入真空干燥箱，70で干燥24-48h； (5)干混高能球磨將干燥后得到的混合粉末轉(zhuǎn)移到球磨罐中球磨，球料比為(1-3) : 1，獲得直徑O. 5-50 μ m的混合粉末； (6)壓片用壓片機(jī)將上述混合粉末壓成片狀； (7)焙燒在氧化氣氛下將混合粉末焙燒，焙燒溫度在40(T70(TC，升溫速率為5 15°C/min，恒溫時(shí)間為I 6小時(shí)； (8)將上述焙燒再冷卻后的混合粉末，再研磨至直徑O.5-50 μ m，獲得具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑。
3.—種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑的制備方法，其特征在于所述的含鈦高爐渣中二氧化鈦含量為2-25%。
全文摘要
本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種可見光催化活性氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑的制備方法。本發(fā)明的制備方法是將含鈦高爐渣破碎后，與工業(yè)用尿素混合、研磨，在混合粉末中加入無(wú)水乙醇超聲分散，然后攪拌，干燥，球磨，壓成片狀后在氧化氣氛下焙燒，焙燒再冷卻后再研磨至直徑0.5-50μm，獲得具有可見光催化活性的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑。本發(fā)明的氮有機(jī)改性含鈦高爐渣光催化劑在可見光波長(zhǎng)范圍為400-700nm激發(fā)下具有較強(qiáng)的光吸收和光響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可見光的全額吸收，顯著提高了氮有機(jī)改性含鈦高爐渣催化劑的可見光催化活性。
文檔編號(hào)C02F1/70GK102861562SQ20121036683
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者雷雪飛, 薛向欣, 楊合, 袁仕華 申請(qǐng)人:東北大學(xué)秦皇島分校