[發明專利]具有可見光催化活性的改性含鈦高爐渣催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 200810228930.7
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN101402036A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發明（設計）人: 薛向欣;雷雪飛;楊合;王昱征
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B01J21/16
• 分類號: B01J21/16;B01J21/06;A62D3/17
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁 焱

技術領域

本發明屬于材料科學領域，具體涉及一種具有可見光催化活性的改性含鈦高爐渣催化劑及制備方法。

背景技術

隨著世界經濟的發展，能源和環境問題變的日益嚴重，因而半導體光催化降解技術在環境保護中的應用受到廣泛的重視。目前研究較多的半導體光催化材料有TiO₂、ZnO、CdS、WO₃、Fe₂O₃、PBs、SnO₂、In₂O₃、ZnS、SrTiO₃、SiO₂等十幾種。這些半導體氧化物均具有一定的光催化活性，但其中大部分易發生化學或光化學腐蝕。其中，TiO₂具有很好的化學穩定性、并且無毒、無二次污染、催化活性高等特點，是良好的光催化材料，但是純TiO₂成本較高。

近來，文獻多是報道硫酸銨作為一種助劑摻雜到TiO₂半導體氧化物中，以增強TiO₂等主體氧化物的光催化活性。一般認為，硫酸銨的摻雜抑制了光生空穴-光生電子的復合，因而增強了光催化劑的光催化活性。(見文獻1、JiangF，ZhengZ，XuZY.AqueousCr(VI)photo-reductioncatalyzedbyTiO₂andsulfatedTiO₂.J.Hazard.Mater.B，2006，134：94-103)。

雖然鈦資源在我國是一種相對比較豐富的資源，但多數鈦資源主要是與鐵共生，品位低，達不到直接開發利用的水平。我國鋼鐵企業在大量開發利用鐵資源時，將鐵從鈦鐵礦里提取出來，而對礦物里其它的元素則沒有充分利用，不但形成大量含鈦高爐渣，污染環境，而且浪費渣中的鈦資源。眾所周知，陽光中的紫外輻射能量較低，只占太陽總輻射的4％左右，如果將紫外光激發的半導體光催化劑應用于降解無機污染物及其復雜體系，則降解設備投資及降解運行成本都會很高。如何克服現有制備方法獲得的STBBFS光催化劑對紫外光的依賴性，將光譜的光響應范圍擴展到可見光波段，從而在可見光照射下能夠激發STBBFS光催化劑的光催化降解活性，是STBBFS光催化劑實用化的一個重要步驟，具有重大的經濟意義和社會效益。

發明內容

本發明的目的在于克服現有制備方法獲得的TBBFS光催化劑依賴于紫外光激活的不足，提供一種在廣譜范圍內，即在紫外光及可見光照射下都有較強的光吸收和光響應，一種具有可見光催化活性的改性含鈦高爐渣催化劑及制備方法。

本方法以含鈦高爐渣(titanium-bearingblastfurnaceslag，TBBFS)為原料，工藝步驟為：先將大塊的TBBFS破碎，然后將破碎后的TBBFS微粒與硫酸銨按不同摻雜比例混合、球磨，所得復合物經低溫焙燒活化，獲得具有可見光催化活性的目標STBBFS(sulfate-modifiedtitanium-bearingblastfurnaceslag，改性含鈦高爐渣)催化劑。

本發明的具有可見光催化活性的STBBFS催化劑晶相組成為含鈣鈦礦(CaTiO₃)33～40wt％，透輝石(Al_0.6Ca_1.0Mg_0.7O₆Si_1.7)50～59wt％，鎂黃長石-鈣黃長石(AlCa₂Mg_0.5O₇Si_1.5)7～10wt％。

本發明的具有可見光催化活性的STBBFS催化劑含未分解的(NH₄)₂SO₄為1～6wt％。

本發明的具有可見光催化活性的STBBFS催化劑的比表面積為9.7～20.5m²/g，最大吸附容量為3.9～8.3mg/g。

本發明采用含TiO₂?16～25wt％的含鈦高爐渣為原料，并經破碎、混合、球磨和焙燒活化而成。

本發明的制備方法包括以下步驟：

1、破碎：將含鈦高爐渣破碎，得到直徑為0.5～1.5mm的含鈦高爐渣粉末。

2、摻雜：將硫酸銨與破碎后的含鈦高爐渣粉末混合，混合比例按硫酸銨占含鈦高爐渣粉末的2.5～7.5wt％。