一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有技術中TiO2做為光催化劑存在的難回收、高成本、低濃度有機物降解速率慢的問題，本發(fā)明提供了一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，屬于光學材料制備【技術領域】。該方法將含鈦高爐渣粉末與稀硫酸混合，再將酸浸后的含鈦高爐渣濾液陳化、烘干，得到含TiO2濾液粉末；將載體活性炭、濾液粉末和粘結(jié)劑加入到無水乙醇中混合，烘干，得到稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭的光催化劑。本發(fā)明從含鈦高爐渣中提取TiO2，能夠?qū)⒐I(yè)廢棄物回收利用；且工藝條件易于控制，成本低廉。將含TiO2濾液粉末負載在活性炭上，既能解決TiO2粒度小，不易回收的問題；又使TiO2比表面積增大，減少TiO2粉末的團聚，還能夠充分發(fā)揮活性炭與TiO2兩者的優(yōu)勢。
【專利說明】一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學材料制備【技術領域】，具體地說涉及一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法。

【背景技術】
[0002]光催化氧化技術在環(huán)境保護中的應用日益受到人們的重視。這項新技術以太陽能為能源，具有操作簡便、能耗低、反應條件溫和、能礦化絕大多數(shù)有機物、基本沒有二次污染等突出優(yōu)點。它能有效地將有機污染物完全礦化為H20、C02、P043_、S042_、N03_和鹵素離子等無機小分子。許多難降解物質(zhì)，如氯仿、多氯聯(lián)苯、有機磷化合物、多環(huán)芳烴等也可用此法有效去除。此外光催化氧化技術還可用于無機污染物、有害氣體以及細菌的處理與殺滅。這些特點使光催化氧化技術在難降解有機物和微污染水體的處理中具有其他傳統(tǒng)水處理工藝所無法比擬的優(yōu)勢。因此，光催化氧化技術是一種極具發(fā)展前途的水處理技術，對太陽能的利用和環(huán)境保護有著重大意義。
[0003]目前，符合電位條件的常見單一化合物光催化劑大多是金屬物質(zhì)的氧化物或硫化物等半導體材料，如Ti02、Fe203、Zn。、CdS、ZnS, WO3> MgO以及PbS等。相對而言，T12由于化學性質(zhì)穩(wěn)定、氧化還原性強、光催化活性較高、抗光腐蝕、無毒、難溶以及成本低等優(yōu)點被普遍認為具有優(yōu)異的光催化活性，是良好的光催化材料。然而T12自身存在的一些缺陷，讓我們在應用T12的時候面臨一些挑戰(zhàn):(I)由于T12粒徑太小，導致其分離回收及再生都非常困難，這會導致光催化劑損失嚴重，成本升高，T12具有的廉價的優(yōu)勢將不復存在。(2)T12粉末有團聚的趨勢，尤其在T12濃度較高時這種趨勢更加明顯，團聚后光催化劑比表面積大幅下降，光催化效果也會隨之下降。(3)T12對高濃度的有機污染物降解效果較好，而對低濃度的有機污染物降解速率很慢，這也極大的限制了 T12作為光催化劑的應用。
[0004]因此，有必要對T12光催化劑進行改進，以解決其缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中T12做為光催化劑存在的難回收、高成本、低濃度有機物降解速率慢的問題，提供了一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法。該方法通過提取含鈦高爐渣中的T12，并將通過粘結(jié)劑結(jié)合到活性炭載體上，得到光催化劑。該方法從含鈦高爐渣中提取T12，能夠?qū)⒐I(yè)廢棄物回收利用；而且該方法工藝條件易于控制，成本低廉。
[0006]一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，包括以下步驟:
[0007](I)將含鈦高爐渣粉末與質(zhì)量濃度為10?60%的稀硫酸混合，在40?100°C恒溫水浴中以150r/min?300r/min的速度攬拌2?3h ;
[0008](2)將酸浸后的含鈦高爐渣的溶液過濾，取含鈦高爐渣濾液，將濾液于室溫下放置陳化12?24h ;
[0009](3)將陳化后濾液放入烘箱中，溫度為80?120°C下烘干，得到含T12的濾液粉末；
[0010]以上三個步驟的主要反應方程式如下:
[0011]CaTi03+2H2S04 = CaSO4 丨 +Ti0S04+2H20
[0012]Ti0S04+3H20 = H4T14 I +H2SO4
[0013]H4T14 = Ti02+2H20 ?
[0014](4)將作為載體的活性炭顆粒用稀硝酸洗滌2?3次，再用蒸餾水煮沸多次后，60?80°C真空干燥；
[0015](5)取質(zhì)量比為(1:0.5)?(1:2)的載體活性炭和含T12的濾液粉末，以及粘結(jié)劑磷酸二氫招，加入到無水乙醇中，以100?150r/min速度攪拌I?3h,然后靜置12?24h,使活性炭與濾液粉末更好的粘結(jié)在一起；
[0016](6)將混合液在60-100°C下烘干，即得到稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭的光催化劑；
[0017]其中，所述含鈦高爐渣粉末與稀硫酸的投料比為，使所述的含T12的濾液粉末中鈦原子的質(zhì)量含量為2-10% ；
[0018]所述粘結(jié)劑質(zhì)量為無水乙醇質(zhì)量的0.5?2%。
[0019]與其他方法相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、本發(fā)明通過稀硫酸浸含鈦高爐渣，從廢液中提取T12，變廢為寶，即降低了光催化劑制備成本，又實現(xiàn)了含鈦高爐渣的回收利用。
[0021]2、本發(fā)明通過將含T12的濾液粉末負載在活性炭上，不但能解決T12粒度小，不易回收的問題；而且使T12比表面積增大，減少T12粉末的團聚。此外，本發(fā)明能夠充分發(fā)揮活性炭與T12兩者的優(yōu)勢，二者具有富集、濃縮、催化等協(xié)同效應，一方面T12對吸附在活性炭表面的物質(zhì)進行分解，使得活性炭的吸附飽和時間延長，增加活性炭的使用時間?’另一方面，活性炭吸附有機揮發(fā)性氣體，在T12周圍形成高濃度的場所，同時避免中間產(chǎn)物的揮發(fā)或游離，使T12光催化降解反應速度加快，提高光催化劑的活性。
[0022]3、本發(fā)明還具有工藝條件易于控制，成本低廉的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為甲基橙脫色率隨時間的變化曲線，其中A、B、C、D曲線分別為加實施例1中所得產(chǎn)品、加活性炭、加催化劑和不加催化劑所對應的脫色率變化曲線。

【具體實施方式】
[0024]下述實施例中脫色率的檢測方法為:
[0025]稱取一定量樣品與甲基橙溶液制成混合溶液，放入光催化反應儀進行光照反應，通過磁力攪拌維持混合液中樣品處于懸浮狀態(tài)，30min后取出混合液,并各取1ml混合液進行離心，再取離心后的溶液進行吸光度檢測，通過甲基橙脫色率來評定催化劑的催化活性。
[0026]含鈦高爐渣來自于四川某煉鐵廠；其他原料和試劑為市購。
[0027]實施例1
[0028](I)取1g含鈦高爐渣粉末，加入質(zhì)量濃度為10%的稀硫酸中，以150r/min的速度攪拌，在80°C恒溫水浴中酸浸2h ；
[0029](2)將酸浸后的含鈦高爐渣溶液抽濾，取含鈦高爐渣濾液陳化24h ；
[0030](3)將陳化后濾液放入烘箱中，100°C下烘干，得到含T12的濾液粉末，其鈦含量為2.88% ；
[0031](4)將作為載體的活性炭顆粒用稀硝酸洗滌2?3次，再用蒸餾水煮沸多次后，60°C真空干燥；
[0032](5)取質(zhì)量比為1:2的載體活性炭和含T12的濾液粉末，以及磷酸二氫鋁，加入到無水乙醇中，磷酸二氫鋁質(zhì)量為無水乙醇質(zhì)量的0.5%，以lOOr/min的速度攪拌3h，然后靜置 24h ；
[0033](6)將混合液在100°C烘干，即得到稀酸浸高爐渣濾液負載的活性炭光催化劑。
[0034]經(jīng)檢測測得該催化劑對甲基橙處理0.5h的脫色率達88.44%。
[0035]圖1為甲基橙脫色率隨時間的變化曲線，其中A、B、C、D曲線分別為加實施例1中所得產(chǎn)品、加活性炭、加T12催化劑和不加催化劑所對應的脫色率變化曲線。為對比分析可知:對制備的光催化劑進行負載，能夠提高光催化劑的催化活性。
[0036]從圖中可以看出:
[0037]在光照無催化劑的條件下，甲基橙的脫色率在1%以內(nèi)，吸光度基本保持不變。
[0038]活性炭的吸附作用在光催化0.5h后可使甲基橙脫色率達到25.51%，對甲基橙溶液的吸附效果明顯，決定吸附速度的主要因素是被吸附分子和固體中孔的相對大小。對于多孔固體，絕大部分的表面是孔內(nèi)表面，吸附主要來源于這些表面的貢獻，但溶質(zhì)分子必須通過表面擴散到了孔內(nèi)才能被吸附，溶質(zhì)分子越大，擴散就越慢，甲基橙分子相對較大，達到吸附平衡需要相對較長的時間。
[0039]T12催化劑的粒徑較小，能很好地分散在水溶液中，因而內(nèi)擴散影響可以不予考慮，光催化0.5h后甲基橙的脫色率達10.77%。
[0040]實施例1中所得的負載型催化劑在0.5h后對甲基橙的脫色率達到88.44%，負載型光催化劑具有富集、濃縮、催化等協(xié)同效應，能夠充分發(fā)揮活性炭和T12兩者的優(yōu)勢，并且隨著催化時間的增長，脫色率逐步上升，最后可達到100%的脫色效果。
[0041]實施例2
[0042](I)取1g含鈦高爐渣粉末，加入濃度為40%的稀硫酸中，以200r/min的速度攪拌，在100°c恒溫水浴中酸浸2h ；
[0043](2)將浸后溶液進行抽濾，將含鈦高爐渣濾液陳化18h ；
[0044](3)將陳化后濾液放入烘箱中，溫度為120°C下烘干，得到含T12的濾液粉末，其鈦含量為6.03% ;
[0045](4)將作為載體的活性炭顆粒用稀硝酸洗滌2?3次，再用蒸餾水煮沸多次，700C
真空干燥；
[0046](5)取質(zhì)量比為1:0.5的載體活性炭和含T12的濾液粉末，以及磷酸二氫鋁，加入到無水乙醇中，磷酸二氫鋁質(zhì)量為無水乙醇質(zhì)量的1.0%，以150r/min的速度攪拌2h，然后靜置18h ；
[0047](6)將混合液在60°C烘干，即得到稀酸浸高爐渣濾液負載的活性炭光催化劑。
[0048]經(jīng)檢測測得，該催化劑對甲基橙處理0.5h的脫色率達56.24%。
[0049]實施例3
[0050](I)取1g含鈦高爐渣粉末，加入濃度為60%的稀硫酸中，以300r/min的速度攪拌，在40°C恒溫水浴中酸浸3h ；
[0051](2)將浸后溶液進行抽濾，將含鈦高爐渣濾液陳化12h ；
[0052](3)將陳化后濾液放入烘箱中，在80°C下烘干，得到含T12的濾液粉末，其鈦含量為 10.1% ;
[0053](4)將作為載體的活性炭顆粒用稀硝酸洗滌2?3次，再用蒸餾水煮沸多次，80°C
真空干燥；
[0054](5)取質(zhì)量比為1:1的載體活性炭和含T12的濾液粉末，以及磷酸二氫鋁，加入到無水乙醇溶液中，磷酸二氫鋁質(zhì)量為無水乙醇質(zhì)量的2.0 %，以120r/min的速度攪拌lh，然后靜置12h ；
[0055](6)將混合液在80°C烘干，即得到稀酸浸高爐渣濾液負載的活性炭光催化劑。
[0056]經(jīng)檢測測得，該催化劑對甲基橙處理0.5h的脫色率達38.76%。
【權利要求】
1.一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將含鈦高爐渣粉末與質(zhì)量濃度為10?60%的稀硫酸混合，在40?100°C恒溫水浴中以150r/min?300r/min的速度攬祥2?3h ; (2)將酸浸后含鈦高爐渣的溶液過濾后，再將含鈦高爐渣濾液于室溫下放置陳化12?24h ； (3)將陳化后濾液放入烘箱中，溫度為80?120°C下烘干，得到含T12的濾液粉末； (4)將作為載體的活性炭顆粒用稀硝酸洗滌，再用蒸餾水煮沸多次后，60?80°C真空干燥； (5)取載體活性炭和含T12的濾液粉末，以及粘結(jié)劑，加入到無水乙醇中，以100?150r/min速度攪拌I?3h ; (6)將混合液在60-100°C下烘干，即得到稀酸浸高爐渣濾液負載的活性炭光催化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，其特征在于，所述含鈦高爐渣粉末與稀硫酸的投料比為，使所述的含T12的濾液粉末中鈦原子的質(zhì)量含量為2_10%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，其特征在于，活性炭與含T12的濾液粉末的質(zhì)量比為(1:0.5)?(1:2)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑質(zhì)量為無水乙醇質(zhì)量的0.5?2%。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為磷酸二氫鋁。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種稀酸浸高爐渣濾液負載活性炭制備光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，無水乙醇溶液攪拌I?3h后再靜置12?24h。
【文檔編號】B01J35/10GK104399447SQ201410680203
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權日:2014年11月24日
【發(fā)明者】雷雪飛, 薛向欣, 楊合, 楊麗麗, 郭富麗, 左帥, 陳晨, 李星 申請人:東北大學