申请日2015.07.21
公开(公告)日2015.11.11
IPC分类号B01J21/18; B01D53/70; B01D53/72; B01D53/86
摘要
本发明涉及一种污泥活性炭负载TiO2的复合光催化剂，其采用的污泥经活化剂浸渍处理，根据负载比向凝胶内加入活化剂浸渍后的污泥，经烘干煅烧得到;本发明同时提供了所述复合光催化剂的应用，用于催化净化挥发性有机气体。本发明复合光催化剂的制备工艺简单，TiO2在污泥活性炭载体上负载均匀，对有机挥发性气体的去除率高。
权利要求书
1.一种污泥活性炭负载TiO2的复合光催化剂，其特征在于，污泥经活化剂浸渍处理。
2.根据权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，采用如下步骤制备：
a.将污泥用化学活化剂浸渍，浸渍后沥干并干燥;
b.将冰醋酸、钛酸丁酯和无水乙醇按照体积比1:4:4-1:4:10配制成溶液，搅拌10min-30min，得到溶液A;
将无水乙醇和蒸馏水按照体积比5:1-20:1配制成一定量溶液，并用酸调节溶液pH值至1-4，得到溶液B;
将溶液B按照体积比1:1-5:1滴入溶液A，并继续搅拌直至成为凝胶，向凝胶内加入步骤a所得的经活化剂浸渍处理后的污泥，所述污泥与凝胶的质量体积比为1:100-5:100，以g:mL计;然后干燥、煅烧，冷却后即得污泥活性炭负载TiO2复合光催化材料。
3.根据权利要求1或2所述的复合光催化剂，其特征在于，所述活化剂为ZnCl2、KOH、K2CO3、H2SO4或H3PO4。
4.根据权利要求2所述的复合光催化剂，其特征在于，步骤a所述污泥为城市生活污泥或工业废水处理产生的污泥。
5.根据权利要求2所述的复合光催化剂，其特征在于，步骤a在活化处理前对污泥进行筛分，所述筛分选用10目-50目的标准筛。
6.权利要求1所述的复合光催化剂的应用，其特征在于，用于催化净化挥发性有机气体。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将所述复合光催化剂置于光催化反应器中，开启光源，然后通入一定浓度的挥发性有机气体，进行吸附-光催化净化。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述挥发性有机气体为具有挥发性的烃类、醛类、苯类、酮类、氯代烃类或酯类中的一种以上。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述挥发性有机气体的进口浓度为10ppm-500ppm，停留时间为1-10s。
说明书
一种污泥活性炭负载TiO2的复合光催化剂及其应用
技术领域
本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种污泥活性炭负载TiO2的复合光催化剂及其应用。
背景技术
近年来，我国雾霾天气频发，以臭氧、细颗粒物(PM2.5)、酸雨为特征的区域性大气复合污染问题日益突出。挥发性有机物(VOCs)作为PM2.5形成的一种重要的前体物，受到国内外普遍关注。挥发性有机物来源广泛，主要来源于石油化工、制药、印刷、造纸、涂料装饰、表面防腐、交通运输、金属电镀和纺织等行业排放的废气，包括各种烃类、卤代烃类、醇类、酮类、醛类、醚类、酸类和胺类等。这些污染物的排放不仅造成了资源的极大浪费，且严重污染了环境。
目前，国内外净化VOCs气体传统的方法主要有：冷凝法、吸收法、吸附法、生物法和燃烧法等，先进的方法有光催化法、等离子体、微波法和电子束辐照法等。单一技术在实际应用中普遍存在净化效率低、适用性差、易产生二次污染等缺点，难以满足日益提高的环保标准。光催化氧化技术是近三十年发展起来且望成为21世纪环境污染控制与治理的理想技术，且在处理气相有机污染物方面表现出优异的性能。作为光催化剂之一的纳米TiO2由于具有稳定性好、光催化活性高、价廉以及对人体基本无毒等优点，受到国内外科研及工程应用者的广泛关注。然而，纯TiO2在实际应用过程中存在易失活、难以回收和低利用率等缺点。为了改善纳米TiO2在实际应用中的局限性，国内外学者往往将纳米TiO2负载于多孔性载体上制得复合光催化材料。活性炭作为一种性质优良的吸附剂，具有独特的孔隙结构和表面活性官能团，被广泛地用作TiO2的载体。然而，目前市售的高效活性炭主要由煤、木材、石油原料和各种果壳(核)等高含碳物质制得，生产成本较高，广泛应用性受到限制。因此，寻求低成本、高效的活性炭新技术成为国内外研究者的研究热点。
随着城市化进程的加快，环境保护要求的提高，污水污泥的产生量大幅度增加。以城市污泥为例，城市污泥中的主要物质是一些微生物及其死亡后的残留物，其中大约含有60-70%的粗蛋白质，25%左右的碳水化合物，而无机灰分仅占5%左右。为了充分利用污泥中的含碳有机物，实现污泥的资源化，国内外学者利用城市污泥制得一定品质的污泥基活性炭。与商品活性炭相比，污泥炭吸附剂不仅具有活性炭性质，而且成本低廉。但目前TiO2/活性炭复合材料的制备，往往是先制备活性炭，然后将TiO2负载于其上，这种制备工艺不仅制备过程复杂，而且TiO2在活性炭上分布不均匀。此外，黄明强等人将污泥直接加入有机钛源前驱体中制得城市污泥-二氧化钛复合材料，该方法虽然制备工艺简单，但所得的复合材料的孔结构性能差。采用这些方法制备的光催化复合材料，由于性能欠佳，从而影响其光催化净化VOCs的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用污泥活性炭为载体、制备工艺简单、TiO2负载均匀、净化效率高的复合光催化剂，本发明同时提供该复合光催化剂的应用。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种污泥活性炭负载TiO2的复合光催化剂，污泥经活化剂浸渍处理。
进一步的，采用如下步骤制备：
a.将污泥用化学活化剂浸渍后沥干，干燥，优选浸渍24h，优选105℃下干燥1-3h;
b.将冰醋酸、钛酸丁酯和无水乙醇按照体积比1:4:4-1:4:10配制成溶液，搅拌10min-30min，得到溶液A;
将无水乙醇和蒸馏水按照体积比5:1-20:1配制成一定量溶液，并用酸调节溶液pH值至1-4，得到溶液B;
将溶液B按照体积比1:1-5:1滴入溶液A，并继续搅拌直至成为凝胶，将溶液B按照体积比1:1-5:1滴入溶液A，并继续搅拌直至成为凝胶，按照固液比1g:100mL-5g:100mL向凝胶内加入步骤a所得的经活化剂浸渍处理后的污泥，然后在120℃烘箱内烘至干燥，接着将干燥后的溶胶转移至马弗炉中进行煅烧，控制温度在450℃-800℃，煅烧2-4h;冷却后取出，用蒸馏水洗涤、抽滤、烘干，得到污泥活性炭负载TiO2复合光催化材料。
进一步的，所述活化剂为ZnCl2、KOH、K2CO3、H2SO4或H3PO4，活化剂溶液的质量浓度为25-40%，步骤a污泥与活化剂溶液按照固液比1:1-1:7(g:mL)混合、浸渍。
进一步的，步骤a所述污泥为城市生活污泥或工业废水处理产生的污泥。
进一步的，步骤a在活化处理前对污泥进行筛分，所述筛分选用10目-50目的标准筛。
本发明同时提供了所述复合光催化剂的应用，用于催化净化挥发性有机气体。
进一步的，将所述复合光催化剂置于光催化反应器中，开启光源，然后通入一定浓度的挥发性有机气体，进行吸附-光催化净化。
进一步的，所述挥发性有机气体为具有挥发性的烃类、醛类、苯类、酮类、氯代烃类或酯类中的一种以上。
进一步的，所述挥发性有机气体的进口浓度为10ppm-500ppm，停留时间为1-10s。
本发明的积极效果在于，
(1)本发明实现了污泥基活性炭与TiO2的同步制备和同步负载，工艺简单。
(2)复合光催剂具有更丰富的孔结构，TiO2负载均匀;
(3)适用于烃类、醛类、苯类、酮类、氯代烃类和酯类等挥发性有机气体净化，应用范围广。
(4)本发明对中低浓度的挥发性有机气体净化效果明显，最大去除率达95%以上。