[發明專利]一種光催化水處理材料及其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201110359746.8
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102407117A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 馬建鋒;崔冰瑩;丁葉民;周健
• 申請（專利權）人: 江蘇星晨環保集團有限公司
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/30
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;李曉峰

技術領域

本發明屬于水處理領域，涉及一種光催化水處理材料及其制備方法及其應用，尤其涉及一種用于處理有機廢水的光催化材料及其制備方法及其應用。

背景技術

當前，伴隨工業技術的飛速發展，人類賴以生存的水資源均受到不同程度的污染，水資源污染已經成為世界各國面臨的亟待解決的問題。水中的污染物，特別是有毒有機污染物的存在，不僅造成環境污染、生態破壞，而且嚴重危害人類健康。這些有機污染物包括多環芳烴、多氯聯苯、農藥、環境干擾素、染料等。

芬頓(Fenton)試劑一般是指Fe²⁺和H₂O₂構成的氧化體系，由法國科學家H.J.H.Fenton于1894年發明，是一種不需要高溫高壓，而且設備簡單的化學氧化水處理技術。早期芬頓試劑主要應用于有機分析化學和有機合成反應，1964年，Eisenhouser首次將芬頓反應作為廢水處理的技術運用，并在苯酚及烷基苯廢水處理實驗中獲得成功(謝銀德，等，感光科學與光化學，2000，4，357-365)。但由于溶液中鐵的流失會導致處理后廢水鐵含量過高而發展起非均相芬頓反應體系。以處理有機廢水為目標的多相芬頓體系，是以避免鐵離子的二次污染為前提的。一般是將鐵負載于適合的載體，反應后鐵元素仍然負載于載體上，可重復利用。

膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物組成的粘土巖，在環境保護領域也廣闊的應用前景。蒙脫石是由兩個共頂聯接的硅氧四面體片中間夾一個共邊聯接的鋁氧八面體片組成的層狀硅酸鹽礦物，其結構中的單片層是縱橫尺寸比很大的薄片，直徑約為100-200nm，而厚度僅為1nm。5-10層這樣的薄片通過層間陽離子結合在一起構成基本顆粒，由這些基本顆粒構成更大的不規則集團，因而膨潤土具有層狀結構。結構中鋁對硅和鎂對鋁的類質同象替代的離子交換作用，會導致結構單元層內負電荷(即層電荷)過剩，為達到正負電荷的平衡，需要一定數量的陽離子來補償而且位于層間區域。這些陽離子以離子鍵力聯結結構單元層，并且是活動的，它的鍵強比分子鍵或氫鍵大得多。因此當蒙脫石結構單元層內部電荷未達到平衡時，單元層間的空隙中將由一定量的陽離子來充填，從而發生(陽)離子交換作用。蒙脫石由于破鍵、晶格內類質同象取代及吸附在其表面的腐殖質離解等原因而帶負電荷，從而導致晶格層間結合疏松，遇水易膨脹成碎片，顆粒分散度高，具有巨大的內表面積和大量的交換性陽離子，使其具有良好的吸附性能和離子交換性能(單位膨潤土陽離子交換容量約為74～130mmol/100g)。

利用膨潤土負載的鐵催化劑在紫外燈和H₂O₂的作用下可以有效降解污染物，但紫外光在太陽光譜中只占很小一部分，需要專門的設備。近年開始發展以可見光為主要激發光源的光催化研究。但是以鐵為主要催化劑的可見光催化劑仍未見開發。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種光催化水處理材料。

本發明的另一目的在于提供一種光催化水處理材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述光催化水處理材料在水處理中的應用。該光催化水處理材料可以利用可見光為輔助激發光源，提高降解效果。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種光催化水處理材料，其在于該光催化水處理材料采用以下方法制得：

(1)制備OH-Fe柱撐液：向Fe(NO₃)₃溶液中滴加Na₂CO₃溶液，滴加過程中持續快速攪拌，得到溶液備用；Fe(NO₃)₃溶液濃度為0.4～0.6mol/L，Na₂CO₃溶液的濃度為1～1.2mol/L，其中Fe³⁺和CO₃^2-的物質的量比為2∶1；

(2)制備膨潤土和陽離子表面活性劑混合液：將干燥、粉碎過100目篩的膨潤土原土投入陽離子表面活性劑溶液中，陽離子表面活性劑溶液中陽離子表面活性劑的總量為膨潤土陽離子交換量的20％～70％，在55℃～60℃水浴中攪拌2～3小時；膨潤土陽離子交換量＝膨潤土的質量×單位膨潤土陽離子交換容量。陽離子表面活性劑溶液的濃度可以為10g/L～100g/L，但是陽離子表面活性劑溶液的濃度對技術方案的影響不大，關鍵在于控制混合液中陽離子表面活性劑的總量。