粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：1)粉煤灰微珠的活化預(yù)處理；2)納米TiO2的負(fù)載：將步驟1)得到的活化后的粉煤灰微珠溶于蒸餾水中，得到微珠懸浮液，然后向微珠懸浮液中添加陽離子表面活性劑，然后滴加硫酸氧鈦溶液，并升溫至55?65℃后滴加NaOH溶液，繼續(xù)升溫至80?90℃反應(yīng)3?6h，反應(yīng)結(jié)束后過濾并用蒸餾水洗滌至中性，烘干后經(jīng)過500?800℃熱處理得到粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料；3)粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料的改性：將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料進(jìn)行氧化銀改性或者表面氮化法改性或者氧化鎢改性即可。該光催化材料催化效率高。
【專利說明】
粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種粉煤灰微珠負(fù)載改性納米 二氧化鐵復(fù)合光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)的迅猛發(fā)展和世界人口的快速增長(zhǎng)，城市家庭用水量劇增，水 質(zhì)不斷惡化，水資源情況日趨緊張，運(yùn)已成為世界各國(guó)面臨的重要問題。我國(guó)水資源總量可 觀，居世界第四位，但人均僅為世界平均水平的四分之一，同時(shí)在地區(qū)分布上很不平衡，南 方多北方少，污水排放量也逐年增加，河湖污染日趨嚴(yán)重，隨著水資源需求量的急劇增加和 水環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，把城市外排污水作為第二水資源加 W開發(fā)利用就顯得尤為重要。
[0003] 粉煤灰是燃煤發(fā)電廠排出的固體廢棄物，我國(guó)每年排放粉煤灰近1億噸，且呈逐年 上升趨勢(shì)，大量粉煤灰如不加 W處理，會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵污染大氣。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)粉煤灰綜合利用 的主要向2個(gè)方面發(fā)展，第一方面是W粉煤灰為原料做建筑材料，應(yīng)用于建筑工程和道路工 程等;第二方面是W粉煤灰為原料做吸附材料、絮凝劑等，應(yīng)用于化工和環(huán)保方面。
[0004] 粉煤灰為多孔性結(jié)構(gòu)，比表面積大，具有較強(qiáng)的吸附性能。國(guó)內(nèi)外大量研究資料表 明，粉煤灰是一種性能良好的吸附劑，它可W吸附污水中的有機(jī)物、重金屬離子、氣、憐、細(xì) 菌等微生物W及懸浮的膠體雜質(zhì)并能起到脫色除臭的作用。用粉煤灰做吸附劑處理污水既 可作為一種水處理方法單獨(dú)使用，也可與其它方法聯(lián)合使用。
[0005] 納米Ti化雖有很高的光催化性能，但其能帶隙較寬，導(dǎo)致其只能被紫外光激發(fā)，在 實(shí)際應(yīng)用中還具有難分離、難回收、難W大規(guī)模應(yīng)用等缺點(diǎn)，因此研究制備同時(shí)具有可見光 響應(yīng)及易回收重復(fù)使用的復(fù)合Ti化光催化粉體具有非常重要的意義。純化分級(jí)后的粉煤灰 95% W上是球型玻璃微珠，在溶液中易分散，流動(dòng)性好，易回收，價(jià)格低廉，大的比表面積 和多孔性使其具有一定的吸附能力，是納米Ti化的理想載體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出一種粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑的制備方法，旨 在解決使納米Ti化粉體在液體介質(zhì)中能夠分散均勻并且在降解結(jié)束后易于回收，同時(shí)提高 納米Ti化粉體的光催化效率。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[000引一種粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑的制備方法，包括W下步 驟：
[0009] 1)粉煤灰微珠的活化預(yù)處理；
[0010] 2)納米Ti化的負(fù)載:將步驟1)得到的活化后的粉煤灰微珠溶于蒸饋水中，得到微 珠懸浮液，然后向微珠懸浮液中添加陽離子表面活性劑，然后滴加硫酸氧鐵溶液，并升溫至 55-65 °C后滴加化0H溶液，繼續(xù)升溫至80-90°C反應(yīng)3-化，反應(yīng)結(jié)束后過濾并用蒸饋水洗涂 至中性，烘干后經(jīng)過500-80(TC熱處理得到粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料；
[0011] 3)粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料的改性:將步驟2)所得的粉煤灰 微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料進(jìn)行氧化銀改性或者表面氮化法改性或者氧化鶴 改性即可。
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟3)的氧化銀改性具體包括W下步驟：
[0013] 將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料溶于水中得到光 催化材料溶液，然后向該溶液中加入硝酸銀并攬拌均勻，在60-70°C條件下再滴加氨氧化鋼 溶液進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾水洗至中性，烘干即得粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵 復(fù)合光催化劑。
[0014] 進(jìn)一步，所述粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑為粉煤灰微珠負(fù)載 氧化銀改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟3)的表面氮化法改性具體包括W下步驟：
[0016] 將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料在氮?dú)鈿夥障碌?進(jìn)行熱處理，般燒溫度為700-750°C，升溫速率5°C/min，保溫時(shí)間3-化，即得粉煤灰微珠負(fù) 載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑。
[0017] 進(jìn)一步，所述步驟3)的氧化鶴改性具體包括W下步驟：
[0018] 將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料分散于鶴酸鋼水 溶液中攬拌均勻，在60-70°C條件下再滴加鹽酸溶液進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾水洗至中 性，烘干，熱處理后即得粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑。
[0019] 進(jìn)一步，所述粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑為粉煤灰微珠負(fù)載 氧化鶴改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑。
[0020] 進(jìn)一步，所述陽離子表面活性劑為十六烷基Ξ甲基漠化錠。
[0021] 進(jìn)一步，所述步驟2)中的，所述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述陽離子表面活性劑的質(zhì) 量比為10-9:1，所述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述硫酸氧鐵的摩爾比為10Kg:20-130mol，所述 粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述NaOH的質(zhì)量比為5-20:1。
[0022] 進(jìn)一步，所述步驟1)活化預(yù)處理可W用化0H進(jìn)行堿性活化處理，優(yōu)選采用酸活化 處理，具備包括W下步驟：
[0023] 將粉煤灰微珠用l-2mol/L鹽酸進(jìn)行洗涂并干燥得到表面活化處理的粉煤灰微珠， 所述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述鹽酸的體積比為80-120g:250-350mL。
[0024] 本發(fā)明的有益效果：
[0025] 經(jīng)過改性后的二氧化鐵負(fù)載粉煤灰，能夠在利用粉煤灰優(yōu)異的吸附能力，同時(shí)利 用其載體作用，負(fù)載二氧化鐵后使之具備超強(qiáng)的有機(jī)降解能力。例如對(duì)粉煤灰酸處理后，能 減少粉煤灰表面的雜質(zhì)(化〇，MgOJe2〇3等），經(jīng)過負(fù)載后的復(fù)合微珠的吸附能力大于負(fù)載前 酸處理后的粉煤灰，且是二氧化鐵本身吸附能力的5倍，經(jīng)過實(shí)施例1、2與3進(jìn)行滲雜改性處 理，均能不同程度的提高二氧化鐵對(duì)可見光波的吸收能力，W及進(jìn)一步提高復(fù)合微珠的吸 附能力。此外能夠解決光觸媒添加到廢水中處理后的回收利用問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)生活污廢水更 高標(biāo)準(zhǔn)的凈化處理。
【具體實(shí)施方式】 [00%] 實(shí)施例1
[0027] -種粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑的制備方法，包括W下步 驟：
[00%] 1)粉煤灰微珠的活化預(yù)處理
[0029] 將粉煤灰微珠用2mol/L鹽酸進(jìn)行洗涂并干燥得到表面活化處理的粉煤灰微珠，所 述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述鹽酸的體積比為100g:300mL。；
[0030] 2)納米Ti化的負(fù)載:將步驟1)得到的活化后的lOg粉煤灰微珠溶于30mL蒸饋水中， 得到微珠懸浮液，然后向微珠懸浮液中添加 Ig十六烷基Ξ甲基漠化錠，然后滴加0.65mol/L 硫酸氧鐵溶液34mL，并升溫至60°C后滴加 lOwt %化0田容液5血，繼續(xù)升溫至85 °C同時(shí)攬拌并 反應(yīng)地，停止攬拌保溫化，反應(yīng)結(jié)束后過濾并用蒸饋水洗涂至中性，100°C烘干后經(jīng)過500°C 熱處理得到粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料；
[0031] 3)粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料的改性:將步驟2)所得的粉煤灰 微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料進(jìn)行氧化銀改性：
[0032] 2g粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料溶于50mL水中得到光催化材料 溶液，然后向該溶液中加入〇.89g硝酸銀并攬拌均勻，在65°C條件下再滴加0.4mol/L氨氧化 鋼溶液50mL進(jìn)行反應(yīng)化，反應(yīng)結(jié)束后過濾水洗至中性，100°C烘干即得粉煤灰微珠負(fù)載氧化 銀改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 1)粉煤灰微珠的活化預(yù)處理
[0035] 將粉煤灰微珠用Imol/L鹽酸進(jìn)行洗涂并干燥得到表面活化處理的粉煤灰微珠，所 述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述鹽酸的體積比為100g:350mL。；
[0036] 2)納米Ti化的負(fù)載:將步驟1)得到的活化后的lOg粉煤灰微珠溶于30mL蒸饋水中， 得到微珠懸浮液，然后向微珠懸浮液中添加 Ig十六烷基Ξ甲基漠化錠，然后滴加0.65mol/L 硫酸氧鐵溶液83mL，并升溫至60°C后滴加 lOwt%化OH溶液10血，繼續(xù)升溫至90°C同時(shí)攬拌 并反應(yīng)化，停止攬拌保溫比，反應(yīng)結(jié)束后過濾并用蒸饋水洗涂至中性，100 °C烘干后經(jīng)過800 °C熱處理得到粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料；
[0037] 3)粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料的改性:將步驟2)所得的粉煤灰 微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料進(jìn)行表面氮化法改性：
[0038] 粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料在氮?dú)鈿夥障碌倪M(jìn)行熱處理，般燒 溫度為750°C，升溫速率5°C/min,保溫時(shí)間化，即得粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合 光催化劑。
[0039] 實(shí)施例3
[0040] 1)粉煤灰微珠的活化預(yù)處理
[0041] 將粉煤灰微珠用2mol/L鹽酸進(jìn)行洗涂并干燥得到表面活化處理的粉煤灰微珠，所 述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述鹽酸的體積比為100g:250mL。；
[0042] 2)納米Ti化的負(fù)載:將步驟1)得到的活化后的lOg粉煤灰微珠溶于30mL蒸饋水中， 得到微珠懸浮液，然后向微珠懸浮液中添加 Ig十六烷基Ξ甲基漠化錠，然后滴加0.65mol/L 硫酸氧鐵溶液193mL，并升溫至55 °C后滴加 lOwt %化0田容液20mL，繼續(xù)升溫至80°C同時(shí)攬拌 并反應(yīng)化，停止攬拌保溫比，反應(yīng)結(jié)束后過濾并用蒸饋水洗涂至中性，100°C烘干后經(jīng)過700 °C熱處理得到粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料；
[0043] 3)粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料的改性:將步驟2)所得的粉煤灰 微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料進(jìn)行氧化鶴改性即可：
[0044] 2g粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵復(fù)合光催化材料分散于30mL鶴酸鋼水溶液中攬 拌均勻，在65°C條件下再滴加3mol/L鹽酸溶液50mL進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾水洗至中性， 10(TC烘干，熱處理后即得粉煤灰微珠負(fù)載氧化鶴改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑。
[0045] 實(shí)施例4
[0046] 將實(shí)施例1-3制備得到的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鐵復(fù)合光催化劑進(jìn)行 污水處理降解實(shí)驗(yàn)，W單獨(dú)粉煤灰、粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鐵(未作改性處理)作為對(duì) 照組，對(duì)深圳某小區(qū)的生活管道廢水進(jìn)行處理，處理結(jié)果見表1。處理?xiàng)l件為：光催化Ti化 組、Ti〇2-粉煤灰組、實(shí)施例1 -3組可見燈照4小時(shí)，180巧m轉(zhuǎn)速攬拌，pH調(diào)整至9-10;另外，粉 煤灰組無需光照處理4小時(shí)，，18化pm轉(zhuǎn)速攬拌，抑調(diào)整至9-10。未處理之前的廢水中各項(xiàng)指 標(biāo)含量如下：COD 351.4mg/l;NH3-N 36.1mg/l;TP 4.7mg/L。
[0047] 表1各種處理污水處理降解結(jié)果 [004引
'[0049]從表1'中，可出經(jīng)過改性的光催化劑相比較為經(jīng)過改4的Ti化-粉煤灰其對(duì)污 水中各種污染物去除率較高。
[0050] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟： 1) 粉煤灰微珠的活化預(yù)處理； 2) 納米Ti02的負(fù)載:將步驟1)得到的活化后的粉煤灰微珠溶于蒸餾水中，得到微珠懸浮 液，然后向微珠懸浮液中添加陽離子表面活性劑，然后滴加硫酸氧鈦溶液，并升溫至55-65 。(:后滴加 NaOH溶液，繼續(xù)升溫至80-90 °C反應(yīng)3-6h，反應(yīng)結(jié)束后過濾并用蒸餾水洗滌至中 性，烘干后經(jīng)過500-800°C熱處理得到粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料； 3) 粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料的改性:將步驟2)所得的粉煤灰微珠 負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料進(jìn)行氧化銀改性或者表面氮化法改性或者氧化鎢改性 即可。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述步驟3)的氧化銀改性具體包括以下步驟： 將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料溶于水中得到光催化 材料溶液，然后向該溶液中加入硝酸銀并攪拌均勻，在60_70°C條件下再滴加氫氧化鈉溶液 進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾水洗至中性，烘干即得粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合 光催化劑。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑為粉煤灰微珠負(fù)載 氧化銀改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述步驟3)的表面氮化法改性具體包括以下步驟： 將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料在氮?dú)鈿夥障碌倪M(jìn)行 熱處理，煅燒溫度為700-750 °C，升溫速率5 °C /min，保溫時(shí)間3-5h，即得粉煤灰微珠負(fù)載改 性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述步驟3)的氧化鎢改性具體包括以下步驟： 將步驟2)所得的粉煤灰微珠負(fù)載納米二氧化鈦復(fù)合光催化材料分散于鎢酸鈉水溶液 中攪拌均勻，在60_70°C條件下再滴加鹽酸溶液進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾水洗至中性，烘 干，熱處理后即得粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑為粉煤灰微珠負(fù)載 氧化鎢改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備 方法，其特征在于，所述步驟2)中的，所述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述陽離子表面活性劑的質(zhì) 量比為10-9:1，所述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述硫酸氧鈦的摩爾比為10Kg:20-130m 〇l，所述 粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述NaOH的質(zhì)量比為5-20:1。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述步驟1)活化預(yù)處理具備包括以下步驟： 將粉煤灰微珠用l-2mol/L鹽酸進(jìn)行洗滌并干燥得到表面活化處理的粉煤灰微珠。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的粉煤灰微珠負(fù)載改性納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方 法，其特征在于，所述粉煤灰微珠的質(zhì)量與所述鹽酸的體積比為80-120g: 250-350mL。
【文檔編號(hào)】B01J23/50GK105964248SQ201610300629
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】凌金龍, 劉喬
【申請(qǐng)人】深圳市文浩科技有限公司