[發(fā)明專利]一種對(duì)可見光有響應(yīng)的光催化劑及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710053795.2
• 申請(qǐng)日: 2007-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN101244384A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉紅;南昊;郭曉寧;劉潘;徐文婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J21/16
• 分類號(hào): B01J21/16;C02F1/30;C02F1/72
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 樊戎

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于納米光催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種對(duì)可見光有響應(yīng)的以煉鋼煉鐵爐渣為原料的光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

光催化氧化法處理廢水具有廣泛的應(yīng)用前景，光催化劑經(jīng)紫外光照產(chǎn)生的羥自由基(·OH)幾乎可與任何有機(jī)污染物反應(yīng)，并將其徹底氧化成無污染的二氧化碳、水和礦物鹽，該法不僅可以克服生物處理法難以降解染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等廢水中環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)有毒污染物的缺點(diǎn)，還避免了絮凝、沉淀法僅能去除不溶性、溶膠性污染物的局限性及一般化學(xué)氧化法作用的不徹底性。光催化氧化技術(shù)能在常溫常壓下進(jìn)行，徹底破壞有機(jī)物，沒有二次污染，是最有希望治理污染環(huán)境的催化新技術(shù)之一。

光催化劑是影響光催化氧化效果的關(guān)鍵因素，在眾多的納米半導(dǎo)體催化材料中，納米TiO₂具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化效率高、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)，因而成為應(yīng)用最廣的光催化劑。二氧化鈦光催化劑的制備方式包括氣相法、液相法以及溶膠-凝膠法，然而上述方法均是以四氯化鈦或鈦的醇鹽等昂貴的化學(xué)藥劑為原料通過一定工藝制成(蔡登科，喻劍輝，文習(xí)山，藍(lán)磊，張志強(qiáng).納米TiO₂的制備及其在水處理應(yīng)用方面的發(fā)展[J].華東電力，2003，7：49-51)，制備過程復(fù)雜，而且制得的催化劑活性較差，對(duì)可見光利用率低，成本高。

因此，如何使光催化劑在可見光范圍內(nèi)有響應(yīng)以及如何提高光催化劑活性，成為當(dāng)今光催化技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

國(guó)外學(xué)者針對(duì)上述問題已經(jīng)進(jìn)行了各種嘗試，包括將金屬離子如Cr、V、Mn、Fe、或Ni離子沉積到催化劑中的方法和將不同物質(zhì)的離子摻入催化劑中的方法等(專利號(hào)02801196.1)，以提高光催化劑的可見光響應(yīng)，但所制得的光催化劑活性可能因電子和空穴的復(fù)合而下降，因此在工業(yè)上并未得到應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，具有可見光活性的光催化劑及其利用(CN97181439.2)公開了一種通過在等離子體中用甲烷和氫的混合氣對(duì)二氧化鈦進(jìn)行CVD處理獲得能夠利用可見光的光催化劑，但制備方法復(fù)雜且活性不高。

通過在納米TiO₂表面沉積Ag，Au，Pt，Pd，Nb(戴紅.貴金屬合金催化劑的應(yīng)用[J].貴金屬，1999，20(1)：58～61)；以及通過采用光化學(xué)沉淀法(魏宏斌等.水溶液中腐殖酸的二氧化鈦膜光催化氧化研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(2)：161)，將Ag和Pt沉積在TiO₂膜上的方法在一定程度上提高了催化劑的活性以及擴(kuò)大了吸收波長(zhǎng)的范圍。但貴金屬表面沉積法成本太高且難以保證貴金屬在納米TiO₂的表面均勻沉積。

高爐渣是冶煉鋼鐵時(shí)產(chǎn)生的廢渣，20世紀(jì)70年代以前，一直作為工業(yè)廢棄物堆放。隨著工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)廢渣的年排放量已達(dá)5.6億噸，其中高爐渣的年排放量在3000萬噸左右，且高爐渣的堆積量將日益增大。

資料顯示含鈦高爐渣具有較高的光催化活性，將含鈦高爐渣磨細(xì)至平均粒度達(dá)1～2μm，并在一定溫度和氣氛下處理后，與水玻璃混合負(fù)載于玻璃片上可作為光催化劑使用。(劉卯，薛向欣等。含鈦高爐渣光催化降解鄰硝基酚的實(shí)驗(yàn)研究[J].材料導(dǎo)報(bào)，2006.1(20)：140-142)但是將廢棄的含鈦高爐渣直接用作光催化劑，催化效率較差。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，催化活性好，相對(duì)于其它光催化劑更易于工業(yè)化應(yīng)用、對(duì)400～800nm可見光有較強(qiáng)響應(yīng)的光催化劑及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：將爐渣與65wt％的濃硝酸按質(zhì)量比為1∶1～1∶2溶合，反應(yīng)至不再有黃色煙霧NO₂產(chǎn)生，加水?dāng)嚢瑁o置5～20min，取上層液體，即得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；

將水熱反應(yīng)前驅(qū)物用NaOH或KOH溶液調(diào)整pH＝9～12，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜內(nèi)，填充度為60％～80％，將反應(yīng)釜內(nèi)溫度控制在120℃～180℃，反應(yīng)2～3h，冷卻后過濾，用蒸餾水或自來水洗滌2～3次，過濾后將濾渣在100～140℃下烘干、磨細(xì)。

其中：爐渣的主要化學(xué)成分是，TFe為3.71～38.08wt％、Al₂O₃為7.24～16.08wt％、CaO為31.03～40.34wt％、MgO為4.52～9.78wt％、TiO₂為0.98～14.20wt％、SiO₂為14.14～22.83wt％，粒度為20～120目；高壓反應(yīng)釜的內(nèi)襯為耐酸耐高壓材料。