[發明專利]一種廢水處理用催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201410318882.6
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104148061A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李向清;張太陽;康詩釗;秦利霞
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;C02F1/00;C02F101/30;C02F103/30
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術領域

本發明涉及了一種高效、溫和且不需要光源的處理的廢水處理用催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著人類經濟和社會的發展，環境問題尤其是水污染對人體的危害也越來越受到關注。印染廢水是目前水污染的主要來源之一，由于有機染料難降解，容易在水中積累，嚴重威脅生態環境和人類健康。傳統的水處理方法主要有物理化學方法和生物方法為主。物理化學方法裝置運行成本高，而生物化學方法對一些有機物的處理效果較差。因此如何以低成本、高效率、條件溫和的技術解決水污染問題是目前環境問題研究的熱點課題。目前光催化降解的方法被認為是一種綠色高效處理印染廢水的有效方法。

為了提高光催化劑中光生電子的傳導速率，石墨烯作為一種高導電材料在新型光催化劑的制備中得到了應用。

專利CN?103449504?A提到了一種氧化鋅納米盤/石墨烯復合材料制備的光催化劑，其光催化性能較高，且能有效地抑制光生電子空穴易復合的不足。

專利CN?103537307?A則提供了一種石墨烯/磷酸銀復合光催化劑及其制備方法，克服磷酸銀在光催化反應過程中容易被光生電子還原成金屬銀而大大降低了重復使用性能的缺點。

以上專利都著眼于將石墨烯與其它材料制備復合光催化劑，利用石墨烯的高導電性，提高光催化降解的活性。但是利用這些復合光催化劑光催化處理有機廢水的方法也存在一些問題，如光線對混濁且帶有顏色的廢水透光率低；具有三維表面的光催化劑通常只有接受光照的一面才具有催化活性，從而降低了催化劑的效率；工業裝置復雜，催化劑回收比較困難等。

發明人在制備石墨烯復合材料時，偶然發現通過靜電自組裝結合一步還原法制備得到的具有核殼結構的還原氧化石墨烯/納米銀組裝材料在沒有光照的情況下即具有高效、快速降解水中有機污染物的能力，由此形成了本發明的技術方案。

發明內容

本發明的目的為了解決上述的技術問題而提供一種高效、溫和，且在沒有光照情況下的廢水處理用催化劑。

本發明的目的之二是提供上述的一種廢水處理用催化劑的制備方法。

本發明的技術原理

由于硅膠粒子表面含有豐富的羥基，使得硅膠表面帶有負電荷，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷對硅膠進行表面修飾后，修飾過的硅膠表面因鍵連的氨基而帶有部分正電荷，在加入負電性的氧化石墨烯后，氧化石墨很容易通過靜電相互作用組裝到硅膠粒子表面，進而利用帶正電荷的Ag⁺與帶負電荷的氧化石墨烯之間的靜電相互作用將Ag⁺組裝到氧化石墨烯包覆的硅膠表面。

本發明的技術方案

一種廢水處理用催化劑，按質量比計算，硅膠粒子：氧化石墨烯：銀納米粒子為100:0.5-1:0.3-0.63，優選為100:0.75-1:0.47-0.63的比例而成的核殼結構的復合粒子，核為硅膠粒子，殼為氧化石墨烯-銀納米粒子。

上述的一種廢水處理用催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：

（1）、硅膠改性

將硅膠分散到異丙醇中，水浴加熱到回流狀態后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，繼續回流反應2h后，停止加熱，冷卻至室溫后抽濾，然后將所得的濾餅重新分散到為所用異丙醇體積0.5倍的水中，得到改性硅膠的水分散液;

上述的改性所用的硅膠和3-氨丙基三乙氧基硅烷的量，按質量比計算，即硅膠：3-氨丙基三乙氧基硅烷為4.2：1；

上述反應所用的異丙醇的體積為3-氨丙基三乙氧基硅烷的200倍；

（2）、改性硅膠/石墨烯/銀催化劑的制備

向步驟（1）中所得到的硅膠水分散液中加入氧化石墨水分散液，隨后加入硝酸銀水溶液，然后加熱到90℃后緩慢加入還原劑硼氫化鈉水溶液，之后繼續在90℃下攪拌4-6h，停止加熱，冷卻至室溫后抽濾，將所得固體在60℃干燥得到了硅膠/還原氧化石墨烯/納米銀組裝體催化劑；

上述的硅膠水分散液、氧化石墨水分散液、硝酸銀水溶液、還原劑硼氫化鈉水溶液的用量，按質量比計算，即硅膠：氧化石墨：硝酸銀：硼氫化鈉為400:2-4:3-5:10-30的比例計算，且所述的硼氫化鈉用量為氧化石墨質量的5-10倍，以保證應能將氧化石墨還原成為石墨烯；

所述的氧化石墨水分散液的濃度為0.5?mg/mL，所述的硝酸銀水溶液的濃度為1?mg/mL，所述的還原劑硼氫化鈉水溶液的濃度為4g/L；

所述的還原劑硼氫化鈉水溶液還可以用水合肼、氫化鋁鋰、乙醇或乙二醇等的水溶液替代。