[發明專利]一種用于污水處理的順磁性光催化材料及制備方法

無效

• 申請號: 201210380629.4
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102847537A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 黃曉龍;解清杰;蔣志輝;姚一凡;吳春篤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/32;C02F1/48;C02F1/52;C02F101/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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技術領域

本發明涉及一種用于污水處理的順磁性光催化材料及制備方法，屬于環境污水處理技術領域。

背景技術

在水處理方法中，混凝沉淀法作為一種有效且成本較低的水處理方法被廣泛采用。主要應用在各種污水和廢水處理中，除去水中的懸浮物、膠體粒子，降低COD，還可除去水中的細菌、病毒，并兼有除磷、脫色、除臭，減輕水體富營養化，保護水資源，確保生物體健康，促進國民持續發展。磁絮凝就是利用外加磁場的作用增強絮凝以達到高效沉降和過濾的目的，其原理是向污水中投加磁種和絮凝劑，依靠絮凝劑的親和作用促進絮凝劑，磁種顆粒，懸浮顆粒三者相互吸引，從而形成具有一定磁性的絮體，再利用磁場對磁性絮體進行分離，從而加速廢水的凈化，并實現對磁種的回收。?

光催化材料大多是金屬氧化物或硫化物等半導體材料，其光催化活性與能帶的不連續性有關。半導體的低能價帶（vb）和高能價帶（cb）之間存在一個禁帶，當受到等于或大于帶隙能量的光照射時，價帶電子唄激發到導帶上，帶導帶上產生高活性電子，在價帶上產生帶正電荷的空穴，從而形成電子-空穴對(electron/hole?pairs，e^-/h⁺)，進而生成羥基自由基等活性基團，可以氧化相鄰的有機物，同時光生e^-和h⁺也會直接和有機污染物反應，并使之擴散到液相中。

現有的一種光催化劑為TiO₂，因其化學穩定性高、耐光腐蝕、對人體無害而備受青睞。目前TiO₂在飲用水處理、工業廢水處理、空氣凈化、殺菌等工程方面的研究取得了較大進展。

近年來，涉及光催化的專利以下：如“高吸附性光催化劑及載體材料”（專利號?CN?1410159A），提高吸附性能獲得催化劑的良好催化性能，但以粉末為催化劑的光催化氧化法存在催化劑分離回收的問題。如專利“磁性光催化劑”（專利號?CN?101695660A），催化性能和回收效果較好，但在污水混凝處理中沒有涉及。如專利“光磁污水處理裝置及方法”（專利號?CN?101618918A），此裝置中光催化劑回收利用率低。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的缺點，突破已有材料功能單一的弱點，提供一種順磁性光催化材料，在紫外光照射下可用于催化降解污水中有機污染物，在混凝過程中作為磁種加速絮凝沉淀，并在磁場作用下實現順磁性光催化材料的分離回收，循環利用，降低運行成本。

本發明可通過如下方法實現：

一種順磁性光催化材料，將TiO₂負載到磁基體Fe₃O₄/SiO₂上，其中的TiO₂、SiO₂、Fe₃O₄摩爾比為（3~6）:（2~3）：1。

????制備上述一種順磁性光催化材料的方法，是先利用溶膠-凝膠法制備單分散球型納米Fe₃O₄/SiO_?2顆粒，然后再利用溶膠-凝膠法，通過水解、聚合，使TiO₂包裹Fe₃O₄/SiO_?2顆粒后煅燒而成成品。

制備上述一種順磁性光催化材料的方法，具體按照下述步驟進行：

（1）磁基體Fe₃O₄/SiO₂的制備：將硅酸乙酯、乙醇、去離子水按體積比4:3:2配置成溶液A，按照SiO_?2和Fe₃O₄摩爾比2-3:1將Fe₃O₄放入溶液A中，攪拌30min，并控制pH=1左右得到較穩定的溶膠，將所獲溶膠在室溫下靜置數天直到濕凝膠產生，再于105℃真空干燥48h得到干凝膠。研磨后分別在不同溫度條件下煅燒30min得到Fe₃O₄/SiO₂復合物；

（2）溶膠-凝膠液的制備：按照體積比1：1將乙酸加入到去離子水中并調節pH=3，冰水浴攪拌6min得到溶液B，按照體積比1：1取異丙醇和鈦酸丁酯混合均勻得到溶液C，將上述C溶液緩慢地滴加到B溶液中，整個過程都在機械攪拌條件下進行，持續攪拌12h，得到溶膠-凝膠液；其中C溶液與B溶液的體積比為2/25-3/40；