一種用於染料廢水處理的光催化材料及其製備方法
2023-09-22 17:28:05
專利名稱：一種用於染料廢水處理的光催化材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種光催化材料及其製備方法，特別是涉及一種用於染料廢水處理的光催化材料及其製備方法。
背景技術：
自20世紀90年代以來，我國的紡織印染工業獲得了迅猛發展，其需水量和排水量也大幅增長。據統計，全國每年產生印染廢水為我過整個工業廢水排放第六位。廢水中的染料能吸收光線，降低水體透明度，造成視覺上的汙染。染料廢水具有色度深、鹼性大、有機汙染物含量高和水質變化大的特點。大多數染料都為有毒的難降解的有機物，具有致癌、致畸、致突變作用，嚴重危害人類健康，破壞水體、土壤及生態環境。因此有效解決染料廢水治理問題是消除印染行業發展瓶頸的關鍵所在。針對大多數染料化學性質穩定、難以降解的特點，目前常見的處理方法主要有物理法、化學法及生物處理技術。在眾多處理技術中，光催化氧化技術具有節能高效、汙染物降解徹底等優點，幾乎所有的有機物在光催化作用下可以完全氧化為C02、H20等。納米TiO2光催化材料具有光化學性質穩定、催化效率高、無毒無害、無二次汙染等優點，作為光催化劑在廢水處理中的應用正受到人們日益廣泛的關注。經過對現有技術的檢索發現，文獻公開了一種納米複合光催化劑及其應用，該材料是以TiO2為納米管陣列，通過化學沉積或電化學沉積或物理氣相沉積方法將CuInS2沉積到TiO2納米管這列的表面製備的CuInS2-TiO2納米複合材料。該材料對難降解有機汙染物2，4-二氯苯氧乙酸的光催化降解效率較好。據資料統計，偶氮類染料廢水是目前較難降解的工業廢水之一。根據已有實驗分析，甲基橙屬於偶氮類染料，是較難降解的有機物，因此以它作為研究對象具有一定的代表性和現實意義。但是本發明中並未對該材料對甲基橙的降解作用進行描述，且該材料的製備方法複雜，製備條件較苛刻，不適於工業化生產。又經檢索發現，文獻公開了一種亞甲基藍染料廢水處理的光催化劑及其製備方法和應用。該材料垂直生長於鈦板基體之上，管徑約為60 90nm,壁厚平均約為25nm,然後直接懸浮應用於廢水處理中。本發明中所涉及的光催化材料的製備工藝較繁瑣，且納米TiO2顆粒較小，在水中懸浮粒子對光線會有吸收影響光的輻射深度，從而影響催化降解效果。
發明內容
本發明針對現有技術的上述不足，提供一種用於染料廢水處理的光催化材料及其製備方法，通過溶膠-凝膠法製得的稀土元素離子摻雜的Ti02/Si02複合材料
製備。將TiO2與SiO2複合成粉體，可防止TiO2流失並且易於回收，並且稀土元素離子的摻雜可以提高材料的光催化性能。該材料具有比表面積大、成本低、製備簡單、易於工業化等優點。本發明提供一種用於染料廢水處理的光催化材料，其特徵在於，所述的材料質量百分比組成為二氧化鈦為25% 75%,稀土離子為O 10%,其餘為二氧化娃。
本發明提供一種用於染料廢水處理的光催化材料的製備方法，其特徵在於，包含如下步驟
(1)將正矽酸乙酯與鈦酸四丁酯分別溶於無水乙醇中製得溶液，將兩種溶液混合後攪拌使其混合均勻得到溶液A ；
(2)量取冰醋酸和無水乙醇、去離子水配成混合溶液B，向其中加入稀土硝酸鹽，攪拌至晶體完全溶解，溶液呈透明狀；
(3)將溶液B緩慢滴加到溶液A中，恆溫攪拌至反應溶液呈透明溶膠；然後將溶膠陳化成為凝膠；
(4)將凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為3 10°C/min，從室溫升至100°C，烘乾5小時，將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，500°C 900°C下焙燒I 5小時，製得用於染料廢水處理的光催化材料。所述稀土硝酸鹽為鈰、鑭、釔、欽中的一種或其組合。所述的冰醋酸的量N (娃+鈦)N (冰醋酸)為1:1 1:6，其中N為摩爾數；
所述的的去離子水的量為N (矽+鈦)N (去離子水)為1:1 1:6，其中N為摩爾數。本發明中光催化材料的性能評價以甲基橙為降解對象，在IOOml濃度為10mg/L的甲基橙溶液中加入O. 4g光催化材料，攪拌條件下，用兩根功率為15W的紫外燈平行照射，測定降解液在最大吸收波長處的吸光度，計算甲基橙的降解率。本發明所製得的光催化材料，在紫外光條件下，對甲基橙的降解率可達90%以上。該材料具有比表面積大、成本低、製備簡單、易於工業化等優點，在紫外光條件下，對甲基橙的降解率可以達到90%以上。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例1 :
稱取O. 003mol鈦酸四丁酯、O. 012mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液AjfO. 015mol冰醋酸、O. 09mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B ;將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為TC /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為72%。實施例2:
稱取O. 006mol鈦酸四丁酯、O. 008mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液AjfO. 014mol冰醋酸、O. 084mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B ;將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為90%。實施例3:
稱取O. 009mol鈦酸四丁酯、O. 004mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液AjfO. 013mol冰醋酸、O. 078mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B ;將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為83%。實施例4
稱取O. 009mol鈦酸四丁酯、O. 004mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液A ;將O. 013mol冰醋酸、O. 078mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B，然後將O. 0003molCe (NO3)3晶體溶於溶液B中；將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為95%。實施例5
稱取O. 009mol鈦酸四丁酯、O. 004mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液A ;將O. 013mol冰醋酸、O. 078mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B，然後將
O.0006molCe (NO3)3晶體溶於溶液B中；將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為92%。實施例6
稱取O. 009mol鈦酸四丁酯、O. 004mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液A ;將O. 013mol冰醋酸、O. 078mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B，然後將
O.0003molLa (NO3)3晶體溶於溶液B中；將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為91%%。實施例7
稱取O. 009mol鈦酸四丁酯、O. 004mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液A;將O. 013mol冰醋酸、O. 078mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B，然後將
O.0003molY (NO3) 3晶體溶於溶液B中；將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為89%。實施例8
稱取O. 009mol鈦酸四丁酯、O. 004mol正娃酸乙酯分別與IOml無水乙醇配成溶液，攪拌均勻後將兩種溶液混合，用磁力攪拌機繼續攪拌使其呈均勻透明狀，配成溶液A ;將O. 013mol冰醋酸、O. 078mol去離子水與無水乙醇混合配製成20ml溶液B，然後將
O.0003molHo (NO3)3晶體溶於溶液B中；將溶液B緩慢滴入溶液A中，恆溫攪拌至呈透明溶膠狀；溶膠置於室溫下陳化至無流動性變成凝膠，然後將該凝膠置於烘箱中，設置烘箱升溫速率為1°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5h。將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，700°C焙燒3h，製得光催化材料。本實施例製得的材料在紫外光條件下對甲基橙的降解率為93%。
權利要求
1.一種用於染料廢水處理的光催化材料，其特徵在於，所述的材料質量百分比組成為:二氧化鈦為25% 75%,稀土離子為O 10%,其餘為二氧化娃。
2.根據權利要求1所述一種用於染料廢水處理的光催化材料的製備方法，其特徵在於，包含如下步驟: 將正矽酸乙酯與鈦酸四丁酯分別溶於無水乙醇中製得溶液，將兩種溶液混合後攪拌使其混合均勻得到溶液A ; 量取冰醋酸和無水乙醇、去離子水配成混合溶液B，向其中加入稀土硝酸鹽，攪拌至晶體完全溶解，溶液呈透明狀； 將溶液B緩慢滴加到溶液A中，恆溫攪拌至反應溶液呈透明溶膠；然後將溶膠陳化成為凝膠； 將凝膠置於烘箱 中，設置烘箱升溫速率為3 10°C /min，從室溫升至100°C，烘乾5小時，將乾燥後的凝膠研磨後置於馬弗爐中，500°C 900°C下焙燒I 5小時，製得用於染料廢水處理的光催化材料。
3.根據權利要求2所述一種用於染料廢水處理的光催化材料的製備方法，其特徵在於，所述稀土硝酸鹽為鈰、鑭、釔、欽中的一種或其組合。
4.根據權利要求2所述一種用於染料廢水處理的光催化材料的製備方法，其特徵在於，所述的冰醋酸的量N (矽+鈦):N (冰醋酸)為1:1 1:6，其中N為摩爾數。
5.根據權利要求2所述一種用於染料廢水處理的光催化材料的製備方法，其特徵在於，所述的的去離子水的量為N (矽+鈦):N (去離子水)為1:1 1:6，其中N為摩爾數。
全文摘要
本發明公開了一種用於染料廢水處理的光催化材料，所述的材料質量百分比組成為二氧化鈦為25%～75%，稀土離子為0～10%，其餘為二氧化矽。本發明還提供了上述光催化材料的製備方法將正矽酸乙酯與鈦酸四丁酯分別溶於無水乙醇中製得溶液，將兩種溶液混合後攪拌使其混合均勻得到溶液A；量取冰醋酸和無水乙醇、去離子水配成混合溶液B，向其中加入稀土硝酸鹽，攪拌至晶體完全溶解；將溶液B緩慢滴加到溶液A中，恆溫攪拌至反應溶液呈透明溶膠；將溶膠陳化成為凝膠；烘乾、研磨、焙燒，製得所需光催化材料。該材料具有比表面積大、成本低、製備簡單、易於工業化等優點，在紫外光條件下，對甲基橙的降解率可以達到90%以上。
文檔編號B01J23/10GK103071478SQ201110327589
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者劉洋, 姚煒, 周潔, 張豪傑, 鄒娟珍, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司