申请日2015.11.26
公开(公告)日2016.02.24
IPC分类号B01J31/06; B01J37/025; C02F1/30; C02F101/38
摘要
一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，属于光催化剂的技术领域，包括γ-Fe2O3粉末的制备，然后将制备的γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末用包膜剂进行包膜处理，得到改性光催化剂，将γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末按质量比为(6-8)∶(4-6)的比例送入气流粉碎机中粉碎，进料时伴加包膜剂对粉体包膜，所述的包膜剂有下述方法制备而成：将聚丙烯酰胺于120rpm的搅拌下溶解在50～60℃的去离子水中，配制成浓度为1%的溶液，加完聚丙烯酰胺后保持搅拌5-7小时，即得包膜剂。本发明的方法简单、易操作，通过对纳米TiO2进行处理、改性，使得改性光催化剂的分离回收率可以达到99.5%以上。
权利要求书
1.一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，包括 γ-Fe2O3粉末的制备，然后将制备的γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末用包膜剂进行包膜处理，得到改性光催化剂，其特征在于：所述的包膜剂由下述方法制备而成：将聚丙烯酰胺于120rpm的搅拌下溶解在50～60℃的去离子水中，配制成浓度为1%的溶液，加完聚丙烯酰胺后保持搅拌5-7小时，即得包膜剂。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，其特征在于：在包膜处理时，将γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末按质量比为(6-8):(4-6)的比例送入气流粉碎机中粉碎，进料时伴加包膜剂对粉体包膜，得到改性光催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，其特征在于：在包膜处理时，将γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末按质量比为7:5的比例送入气流粉碎机中粉碎，进料时伴加包膜剂对粉体包膜，得到改性光催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，其特征在于：包膜剂的加入量为γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末总质量的0.5-0.7%。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，其特征在于，γ-Fe2O3粉末的制备包括以下步骤：
a、以Fe2(SO4)3、FeSO4为原料，将Fe2(SO4)3与FeSO4混合，溶于去离子水中，Fe2(SO4)3、FeSO4、去离子水的质量比为1：(3～4)：(15～18);
b、在55℃条件下，以10000-12000rpm的转速搅拌，同时滴加碱液将 pH值调节为10～12，并加水稀释;
c、在55℃～60℃条件下，过滤洗涤，在80℃条件下干燥5～8h，然后在480℃条件下，煅烧0.4～0.6h，得到35～55nm的γ-Fe2O3粉末。
6.根据权利要求5所述的一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤b中的碱液是浓度为0.5-0.6mol/L 的氢氧化钠溶液。
说明书
一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于光催化剂的技术领域，涉及纳米二氧化钛改性光催化剂，具体涉及一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，通过本方法制备光催化剂易于与污水分离回收，且能重复使用。
背景技术
随着工业化的加剧，环境问题日益严重，让人们付出了沉重的代价。我国花费大量人力物力财力来治理三废污染，目前处理工业废水常用的有：物理法、化学法、生物法、生物化学法。但是由于工业废水来源不一，各厂的废水成分也不同，因此急需一种可以进行绝大多数工业污水处理的技术。而纳米TiO2光催化剂的特性和实验表明，它可将工业废水中的绝大部分有机物降解，还可将造纸厂、印染厂、酒精厂和化工厂等废水中的大分子有机物进行降解，使之变成CO2和H2O，这种用半导体粉末光催化氧化水中的有机污染物的废水处理新方法得到了广泛的关注。
纳米TiO2光催化氧化的本质，是充当氧化还原反应的电子传递体。根据半导体的电子结构，当其吸收一个能量与其带隙能(Eg)相匹配或超过其带隙能的光子时，电子(e-)会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带上留下带正电的空穴(h+)，从而形成价带空穴和导带电子。其中价带空穴是一种强氧化剂，而导带电子是一种强还原剂。因此，大多数有机物和无机物都能被光生载流子直接或间接地氧化或还原。
基本反应式表示如下：
TiO2+hυ→h++e-
h++e-→热量
H2O→H++OH-
h++OH-→·OH
h++H2O+O2→·OH+H++O2-
h++H2O→·OH+H+
e-+O2→O2-
O2+H+→H2O
2H2O.→O2+H2O2
H2O2+O2→·OH+H+O2
H2O2+hυ→2·OH
Mn+(金属离子)+ne-→M0
从反应过程看，通过光激发后，TiO2产生高活性光生空穴和光生电子，形成氧化-还原体系，经一系列可能的反应后产生大量高活性的自由基，在众多的自由基中，经电子自旋谐振(ESR)检测表明·OH是主要的自由基。因此，纳米TiO2光催化剂具有高氧化性，在水处理工程中被广泛采用。
但是在生产这种污水处理用光催化剂的时候发现，如果只是单纯的用纳米TiO2作为废水处理剂，它的分离与回收是一个很大的难题。因此必须对纳米TiO2进行处理、改性，制备一种易与污水分离回收，且能重复使用的光催化剂。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的纳米TiO2光催化剂难以分离回收的技术问题，为了解决这个问题，我们设计了一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，磁载TiO2光催化剂的分离回收率可以达到99%，可以方便快捷地将磁载TiO2光催化剂从水处理溶液中回收，不会对水体造成二次污染，提高了磁载TiO2光催化剂的重复利用率。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种污水处理用纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，包括γ-Fe2O3粉末的制备，然后将制备的γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末用包膜剂进行包膜处理，得到改性光催化剂，所述的包膜剂由下述方法制备而成：将聚丙烯酰胺于120rpm的搅拌下溶解在50～60℃的去离子水中，配制成浓度为1%的溶液，加完聚丙烯酰胺后保持搅拌5-7小时，即得包膜剂。
在包膜处理时，将γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末按质量比为(6-8): (4-6)的比例送入气流粉碎机中粉碎，进料时伴加包膜剂对粉体包膜，得到改性光催化剂。
在包膜处理时，将γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末按质量比为7:5的比例送入气流粉碎机中粉碎，进料时伴加包膜剂对粉体包膜，得到改性光催化剂。
包膜剂的加入量为γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉末总质量的0.5-0.7%。
γ-Fe2O3粉末的制备包括以下步骤：
a、以Fe2(SO4)3、FeSO4为原料，将Fe2(SO4)3与FeSO4混合，溶于去离子水中，Fe2(SO4)3、FeSO4、去离子水的质量比为1：(3～4)：(15～18);
b、在55℃条件下，以10000-12000rpm的转速搅拌，同时滴加碱液将 pH值调节为10～12，并加水稀释;
c、在55℃～60℃条件下，过滤洗涤，在80℃条件下干燥5～8h，然后在480℃条件下，煅烧0.4～0.6h，得到35～55nm的γ-Fe2O3粉末。
所述的步骤b中的碱液是浓度为0.5-0.6mol/L的氢氧化钠溶液。
本发明的有益效果是：本发明的方法简单、易操作，制备出的改性光催化剂具备三层结构，核心为γ-Fe2O3，中间层为TiO2，最外层为聚丙烯酰胺，通过对纳米TiO2进行处理、改性，使得磁载TiO2光催化剂的分离回收率可以达到99.5%以上，可以方便快捷地将磁载TiO2光催化剂从水处理溶液中回收，不会对水体造成二次污染，提高了磁载TiO2光催化剂的重复利用率。将相同的催化剂经过3次以上使用后，对亚甲基蓝溶液仍然有很好的降解效果，降解率维持在98%以上。
本发明制备γ-Fe2O3粉末高速搅拌(搅拌速度为10000-12000rpm)，这样在确保粒子生产的前提下，严格控制了粒子的长大。在γ-Fe2O3粉末、纳米TiO2粉复合时为防止纳米粒子的聚合，采用包膜技术对其进行粉碎包膜，确保了纳米粉体结构的稳定存在。聚丙烯酰胺在产品中既是包膜剂，对纳米粉体进行包膜分散，又是极佳的絮凝剂，对污水中的悬浮物起絮凝沉降作用。