一種去除難降解有機(jī)物的光催化劑的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明涉及光催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可優(yōu)先去除難降解有機(jī)物的光催化劑的制備方法，同時(shí)還涉及一種可優(yōu)先去除難降解有機(jī)物的光催化劑在污水處理中的應(yīng)用，該光催化劑可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]
光催化技術(shù)是一種在環(huán)境領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景的綠色高新技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于氣相和水相中難降解污染物的降解研究。目前，用于光催化降解環(huán)境污染物的光催化劑多為η型半導(dǎo)體材料的金屬氧化物，在眾多半導(dǎo)體光催化劑中T12W其具有高活性、安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為環(huán)境治污領(lǐng)域最具開發(fā)前途的環(huán)保型光催化材料。研究發(fā)現(xiàn)污水中甲胺磷、磷酸酯類等3000多種難降解有機(jī)物可通過納米T12光催化反應(yīng)進(jìn)行快速降解。
[0003]由于納米1102光催化劑禁帶寬度較高，僅能利用太陽光中部分紫外光，且光生電子/空穴對的復(fù)合幾率較高，導(dǎo)致光催化效率不高，需對其進(jìn)行改性，降低禁帶寬度，有效分離電子-空穴對以提高其量子效應(yīng)。同時(shí)由于納米打02表面具有既易吸附親水性物質(zhì)又能吸附疏水性物質(zhì)的吸附特性，當(dāng)二者同時(shí)存在時(shí)，會發(fā)生對納米1102催化劑的優(yōu)先競爭吸附。鍶是一種銀白色有光澤的堿土金屬，在自然界以化合態(tài)存在。通過鍶對納米T12光催化劑進(jìn)彳丁慘雜改性，可提尚T12的結(jié)晶度，引起晶格畸變，使T12晶格表面的氧原子逃離晶格而抑制光生電子/空穴對復(fù)合，提高其光催化活性。光催化劑以粉末光催化效率高，但粉體催化劑存在容易團(tuán)聚和難以進(jìn)行分離、回收和再生使用的問題，且懸浮顆粒會阻擋對光的吸收，導(dǎo)致粉末狀光催化劑難以規(guī)?；褂?。光催化劑的負(fù)載化是解決這一問題的有效方法，合適的載體材料還可以增加比表面積和提供適當(dāng)?shù)目捉Y(jié)構(gòu)，更好地提高光催化效率。同時(shí)為了進(jìn)一步應(yīng)用光催化技術(shù)處理難降解有機(jī)物，還需對催化劑表面進(jìn)行疏水改性改變其吸附特性，增加納米催化劑相界面對難降解有機(jī)污染物的選擇吸附能力，實(shí)現(xiàn)對難降解有機(jī)物的優(yōu)先反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種可優(yōu)先去除難降解有機(jī)物光催化劑的制備方法，該方法操作簡單，可顯著提高催化劑可見光光催化活性和疏水特性，同時(shí)有效解決了制備過程易團(tuán)聚、能耗高、制備后難回收、易脫落等問題。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種去除難降解有機(jī)物的光催化劑在污水處理中的應(yīng)用，該催化劑成本低廉，可高效優(yōu)先去除難降解有機(jī)物。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案: 一種去除難降解有機(jī)物的光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
1)以鈦酸丁脂為主要原料，無水乙醇為溶劑，摻雜氯化鍶(堿土元素鍶)，制備出摻雜堿土元素可見光響應(yīng)型改性納米二氧化鈦溶膠；
2)將膨潤土顆粒置于稀鹽酸溶液(l-2mol/L)中浸泡22~30h后，用清水洗至中性，沖洗膨潤土顆粒后的溶液pH為6.5-7.5 ;
3)將步驟I制備的納米二氧化鈦溶膠負(fù)載于預(yù)處理過的膨潤土顆粒表面制備成摻雜堿土可見光響應(yīng)型復(fù)合光催化劑；
4)將復(fù)合光催化劑置于表面活性劑中攪拌l~2h，過濾，水洗，于100~105°C條件下烘干，制備出可見光響應(yīng)型疏水性納米復(fù)合光催化劑，可高效優(yōu)先去除難降解有機(jī)物。
[0007]所述的納米二氧化鈦溶膠的具體制備步驟如下:
a.向裝有10-15體積的無水乙醇的器皿中加入5-8體積的鈦酸丁酯，維持?jǐn)嚢柚敝疗浠旌暇鶆?，得黃色透明溶液A ;
b.取另一器皿，向其中分別加入5-8體積的無水乙醇、1-2體積的去離子水、2-4體積的冰乙酸、0.5-1體積的聚乙二醇、氯化鍶，維持?jǐn)嚢柚敝疗浠旌暇鶆?，得溶液B ;
c.將B溶液緩慢滴入A溶液，邊滴邊劇烈攪拌，滴加完成后密閉陳化20-24h得穩(wěn)定、均勻、澄清透明的二氧化鈦(T12)黃色溶膠；其中堿土元素鍶摻雜量為2.59^3.0% (wt)。
[0008]所述的膨潤土顆粒為采用天然鈉基膨潤土，經(jīng)過高溫(600-800°C)干燥精制而成，粒徑為3_5mm ；
所述的復(fù)合光催化劑負(fù)載步驟如下:
a.將上述膨潤土顆粒放入二氧化鈦(化學(xué)式=T12)黃色溶膠中，置于振蕩器中以100-200r/min震蕩30-60min，取出靜置l-2h后濾出膨潤土顆粒，再放入80-100°C干燥箱中烘 l-2h ;
b.將烘干的膨潤土顆粒再次放入二氧化鈦溶膠中，如此重復(fù)負(fù)載2-3次；
c.負(fù)載完成后，將膨潤土顆粒置于馬弗爐中，在550°C條件下焙燒l_2h，得所需可見光響應(yīng)型復(fù)合光催化劑。
[0009]所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，濃度為2~3g/L。
[0010]—種去除難降解有機(jī)物的響應(yīng)型疏水性納米復(fù)合光催化劑在污水處理中的應(yīng)用，其應(yīng)用過程是:
以含有難降解有機(jī)物的廢水為處理對象，以未經(jīng)疏水改性的催化劑反應(yīng)組為對照，在太陽光條件下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，通過測定目標(biāo)污染物的濃度變化，考察該光催化劑對難降解有機(jī)物的優(yōu)先去除特性。
[0011]所述的難降解有機(jī)物是指生活污水和工業(yè)廢水中多環(huán)芳烴類(PAH)化合物、雜環(huán)類化合物、氯代芳香族化合物、有機(jī)氰化物、有機(jī)磷殺蟲劑、氨基甲酸酯和除草劑等有機(jī)物。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
1、工藝操作簡單，成本低廉；
2、通過負(fù)載技術(shù)有效解決了制備過程易團(tuán)聚、能耗高、制備后難回收、易脫落等問題；
3、催化劑可見光光催化活性高，可高效優(yōu)先去除難降解有機(jī)物，在環(huán)境和能源等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值；
4、本發(fā)明制備方法簡單、綠色環(huán)保、易規(guī)?；a(chǎn)，為解決光催化劑處理難降解有機(jī)物的大規(guī)模應(yīng)用提供有效途徑；
5、該催化劑對難降解有機(jī)物具有更佳的選擇性降解能力，去除率達(dá)到80%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0013]
為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1:
一種可優(yōu)先去除難降解有機(jī)物的光催化劑及其制備方法，其步驟是:
O以鈦酸丁脂和二乙醇胺為主要原料，無水乙醇為溶劑，摻雜氯化鍶，很容易的制備出了摻雜堿土元素可見光響應(yīng)型改性納米二氧化鈦溶膠；
2)將膨潤土顆粒置于稀酸溶液中浸泡26或28或30h后，用清水洗至中性，沖洗膨潤土顆粒后的溶液pH為6.8或7.0或7.2 ;
3)將步驟I制備的納米二氧化鈦溶膠負(fù)載于預(yù)處理過的膨潤土顆粒表面制備成摻雜堿土可見光響應(yīng)型復(fù)合光催化劑；
4)將復(fù)合光催化劑置于表面活性劑中攪拌I或2h，過濾，水洗，于100或102或105°C條件下烘干，制備出可見光響應(yīng)型疏水性納米復(fù)合光催化劑。
[0015]所述的納米二氧化鈦溶膠的具體制備步驟如下:
a.向裝有10或12體積的無水乙醇的器皿中加入5或6體積的鈦酸丁酯，維持?jǐn)嚢柚敝疗浠旌暇鶆?，得黃色透明溶液A ;
b.取另一器皿，向其中分別加入5或6體積的無水乙醇、I或2體積的去離子水、2或3體積的冰乙酸、0.8或I體積的聚乙二醇、氯化鍶，維持?jǐn)嚢柚敝疗浠旌暇鶆?，得溶液B ;
c.將B溶液緩慢滴入A溶液，邊滴邊劇烈攪拌，滴加完成后密閉陳化20或22h得穩(wěn)定、均勻、澄清透明的二氧化鈦(T12)黃色溶膠；其