申请日 20200901
公开（公告）日 20201103
IPC分类号 C02F1/30; B01J27/138; B01J27/32; B01J35/02; B01J35/08; B01J35/10; B01J38/02; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法，包括：制取硫‑二氧化钛混合物，以所述硫‑二氧化钛混合物与氯化铜、氨、强碱、过渡金属盐等进行水热反应，再将反应产物与氢氟酸反应，之后在空气中进行程序升温热处理，获得多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料，之后在可见光照射下，以所述多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料处理有机废水。本发明提供的有机废水处理方法高效快捷、安全环保，能彻底降解多种类型的有机污染物和氨氮等，不会造成二次污染，且所采用的多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料只需简单煅烧即可再生并循环使用，成本低廉。
权利要求书
1.一种基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法，其特征在于包括：
(1)将钛酸丁酯和二硫化钛依次加入无水乙醇中，并不停搅拌直至滴加完毕，再滴加硝酸溶液，于30～60℃水浴条件下搅拌1～2h，得到硫-二氧化钛混合物；
(2)将所述硫-二氧化钛混合物加入氯化铜溶液，并依次加入碱性水溶液、过渡金属盐水溶液，再转移到水热反应釜中，于150～160℃条件下持续反应10～20h；
(3)对步骤(2)所得反应混合物进行抽滤，以去离子水将所得滤饼洗涤至中性，于60～80℃真空干燥1～2h，再与氢氟酸溶液均匀混合成膏体状，并置入密封反应容器内，之后以3～5℃/min的速度升温至120～140℃，并保温0.5～1h；
(4)将步骤(3)所获产物在空气中先以1～2℃/min的速度缓慢升温至200～250℃并保温0.5～1h，再以8～12℃/min的速率迅速升温至300～400℃并保持2～3h，得到多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料；
(5)将所述多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料均匀分散于有机废水内，并以太阳光持续照射该有机废水，使其中的有机污染物被光催化降解为二氧化碳和水。
2.根据权利要求1所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛酸丁酯、无水乙醇、硝酸溶液的体积之比为3～5:12～15:1。
3.根据权利要求1或2所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝酸溶液的浓度为1mol/L～2mol/L。
4.根据权利要求1所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛酸丁酯与二硫化钛的体积质量为1mL：1～5g。
5.根据权利要求1所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌的速度为300～500r/min。
6.根据权利要求1所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中氯化铜溶液的浓度为1～4mol/L，所述碱性水溶液含有3～5mol/LNH3和1～2mol/LNaOH，所述过渡金属盐水溶液含有0.1～0.5mol/LZnCl2和0.2～0.3mol/LFeCl3。
7.根据权利要求1或6所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中氯化铜溶液、碱性水溶液、过渡金属盐水溶液的体积比为10～20：5～8：1～2。
8.根据权利要求1所述的有机废水处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中氢氟酸溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
9.根据权利要求1所述的有机废水处理方法，其特征在于还包括：在步骤(5)完成后，将多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料从有机废水中分离出并自然风干，再在空气中煅烧，煅烧温度为350～450℃，时间为0.5～2h，实现所述多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的再生。
10.根据权利要求9所述的有机废水处理方法，其特征在于具体包括：将从有机废水中分离出的多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料自然风干后，在空气中以20～30℃/min的速率迅速升温至350～450℃进行煅烧，煅烧时间为0.5～1h。
说明书
基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法
技术领域
本发明涉及催化材料技术领域，特别是涉及一种基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法。
背景技术
环境污染问题日益严重及能源危机的爆发，已引起世界各国的重视。光催化技术有望在解决环境污染和能源危机中发挥关键作用，目前以吸引越来越多的科研工作者投入到相关研究之中。
TiO2作为一种高效、无毒的光催化剂，在废水处理、空气净化、抗菌等环保领域的应用备受关注，TiO2光催化剂现已被誉为“环境催化剂”。然而，TiO2的一些缺陷限制它的实用化进程，如禁带宽度较宽，只能吸收紫外光才能产生活性，不能有效地利用太阳光；另外，光生电子和空穴的复合导致低的光量子效率。因此，通过改性提高TiO2的可见光催化效率，成为人们研究的热点。近年来，人们尝试用非金属离子掺杂、金属掺杂、贵金属沉积、染料敏化、半导体复合等方式对TiO2进行改性，提高TiO2对可见光的吸收以及在可见光下的光催化效率。但是，采用传统的方法制得的掺杂型二氧化钛催化材料中，催化剂易聚集成大颗粒，比表面积减小，光催化活性降低，且传统制备方法操作复杂，周期长，能耗较高。同时，目前以此类掺杂型二氧化钛催化材料对有机废水进行处理时，不仅效率低、有机污染物降解不彻底，容易造成二次污染，而且催化剂容易失活。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明实施例提供了一种基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法，其包括：
(1)将钛酸丁酯和二硫化钛依次加入无水乙醇中，并不停搅拌直至滴加完毕，再滴加硝酸溶液，于30～60℃水浴条件下搅拌1～2h，得到硫-二氧化钛混合物；
(2)将所述硫-二氧化钛混合物加入氯化铜溶液，并依次加入碱性水溶液、过渡金属盐水溶液，再转移到水热反应釜中，于150～160℃条件下持续反应10～20h；
(3)对步骤(2)所得反应混合物进行抽滤，以去离子水将所得滤饼洗涤至中性，于60～80℃真空干燥1～2h，再与氢氟酸溶液均匀混合成膏体状，并置入密封反应容器内，之后以3～5℃/min的速度升温至120～140℃，并保温0.5～1h；
(4)将步骤(3)所获产物在空气中先以1～2℃/min的速度缓慢升温至200～250℃并保温0.5～1h，再以8～12℃/min的速率迅速升温至300～400℃并保持2～3h，得到多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料；
(5)将所述多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料均匀分散于有机废水内，并以太阳光持续照射该有机废水，使其中的有机污染物被光催化降解为二氧化碳和水。
进一步的，所述步骤(1)中钛酸丁酯、无水乙醇、硝酸溶液的体积之比为3～5:12～15:1。
进一步的，所述步骤(1)中硝酸溶液的浓度为1mol/L～2mol/L。
进一步的，所述步骤(1)中钛酸丁酯与二硫化钛的体积质量为1mL：1～5g。
进一步的，所述步骤(1)中搅拌的速度为300～500r/min。
进一步的，所述步骤(2)中氯化铜溶液的浓度为1～4mol/L，所述碱性水溶液含有3～5mol/LNH3和1～2mol/LNaOH，所述过渡金属盐水溶液含有0.1～0.5mol/LZnCl2和0.2～0.3mol/LFeCl3。
进一步的，所述步骤(2)中氯化铜溶液、碱性水溶液、过渡金属盐水溶液的体积比为10～20：5～8：1～2。
进一步的，所述步骤(3)中氢氟酸溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
进一步的，所述步骤(5)中若有机废水内还含有氨氮类污染物，则当将所述多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料均匀分散于有机废水内，并以太阳光持续照射该有机废水时，还能使其中的氨氮类污染物被光催化降解为氮气而脱除。
在一些实施方式中，所述的有机废水处理方法还包括：在步骤(5)完成后，将多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料从有机废水中分离出并自然风干，再在空气中煅烧，煅烧温度为350～450℃，时间为0.5～2h，实现所述多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的再生。
进一步的，所述的有机废水处理方法具体包括：将从有机废水中分离出的多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料自然风干后，在空气中以20～30℃/min的速率迅速升温至350～450℃进行煅烧，煅烧时间为0.5～1h。
与现有技术相比，本发明的优点至少在于：
(1)提供的多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料为粒径在40nm～150nm的空心球状，比表面积大(约195.463～212.168m2/g)，密度小，易于在水相体系中均匀分散，且对太阳光能全光谱吸收，能将水体中的有机染料、氨氮等彻底降解为二氧化碳、氮气和水，而且在循环使用后只需简单煅烧即可再生，再生后的光催化性能可达初始光催化性能的90％以上；
(2)提供的有机废水处理方法高效快捷、安全环保，能彻底降解有机废水中的多种有机污染物和氨氮，且不会造成二次污染，成本低廉。
发明人 （朱益新;宋西玉;王洁;周杨;张梅;）