[發(fā)明專利]一種分級α-Fe₂O₃/TiO₂中空球雙功能光催化劑及其應用有效

申請?zhí)枺?/td>	201410813942.1	申請日：	2014-12-23
公開（公告）號：	CN104437495A	公開（公告）日：	2015-03-25
發(fā)明（設計）人：	李銀輝;陳建新;張娜;李瑞娟	申請（專利權）人：	河北工業(yè)大學
主分類號：	B01J23/745	分類號：	B01J23/745;B01J35/08;B01J20/06;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/30;C02F1/28;C02F1/62
代理公司：	天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210	代理人：	趙鳳英
地址：	300401 天津市北辰***	國省代碼：	天津;12
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種分級 fe sub tio 中空功能光催化劑及其應用
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【說明書】：

技術領域

本發(fā)明涉及無機功能材料領域，特別涉及一種分級α-Fe₂O₃/TiO₂中空球雙功能光催化劑的制備方法及其在處理水中重金屬離子污染的應用。

背景技術

在我國，隨著沿海地區(qū)經濟的快速發(fā)展，人口和產業(yè)的高度聚集，大量的含重金屬離子的廢水流入海洋，這些污染物的肆意排放超過了海洋自身的凈化能力，從而造成靠近大陸海灣的污染。重金屬(重金屬是指密度大于5g/cm³的金屬元素，在環(huán)境污染方面所指的重金屬主要是指生物毒性顯著的Zn、Cu、Hg、Cr、Cd、Pb等)因其特殊的化學、地球化學性質及毒性效應，被稱為環(huán)境中具有潛在危害的重要污染物，具有高度危害性和難治理性。

目前，常用的處理重金屬離子廢水的方法有：化學沉淀法、離子交換法、膜分離法、電解法和吸附法等。化學沉淀法是向重金屬離子廢水中投加化學沉淀劑或還原劑使重金屬離子沉淀或還原的方法。化學沉淀法需要后續(xù)處理，需要間歇式操作，工藝復雜，不利于工業(yè)化推廣；離子交換法是利用離于交換劑的交換基團，與廢水中的金屬離子進行交換反應，將金屬離子置換到交換劑上予以除去的方法。離子交換法對陰離子和陽離子學要采用相應的交換樹脂，也不利于工業(yè)化操作；膜分離法是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下，在不改變溶液中化學形態(tài)的基礎上，將溶劑和溶質進行分離或濃縮的方法，但膜造價昂貴，不利于工業(yè)化應用；電解法是利用電極與重金屬離子發(fā)生電化學作用而消除其毒性的方法。按照陽極類型不同，將電解法分為電解沉淀法和回收重金屬電解法兩類。電解法設備簡單、占地小、操作管理方便、而且可以回收有價金屬。但電耗大、出水水質差、廢水處理量小；吸附法是將重金屬濃縮并轉移，不改變重金屬離子的化學性質及生物性，需要后續(xù)處理，工藝復雜。近年來二氧化鈦(TiO₂)半導體非均相光催化技術在去除水中重金屬離子方面越來越受到人們的關注。TiO₂具有常溫常壓下反應、活性高、熱穩(wěn)定性好、價格便宜、對人體無毒無害、能充分利用太陽光和節(jié)約能源、兼具氧化和還原特性、不會造成二次污染等優(yōu)點。因此，制備α-Fe₂O₃/TiO₂雙功能光催化劑用來處理水體中的重金屬污水保障人們的生活健康和社會經濟的良好發(fā)展已經成為當今社會經濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。TiO₂在太陽光的照射下，能夠把光能轉變成化學能，光催化還原金屬離子。TiO₂光催化還原金屬離子可能存在三種途徑：(1)直接還原，即光生電子直接還原熱力學上可行的金屬離子。例如：Au(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)、Hg(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)、Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)等。(2)間接還原，即由空穴先氧化添加的有機物(空穴捕獲劑)，然后由產生的中間體來還原金屬離子。(3)氧化去除金屬離子，對于氧化還原電位比TiO₂導帶電位更負，不能被光生電子直接還原的金屬離子，被h⁺或·OH所氧化，以高氧化態(tài)穩(wěn)定存在，Pb(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)。一些報道關于TiO₂光催化氧化或還原重金屬離子，例如：宋寒等利用TiO₂光催化直接還原Cr(VI)[環(huán)境科學,2006,27(5):913-917]；李樹本等報道了在有機物存在條件下利用TiO₂間接光催化還原Cr(VI)[物理化學學報,1997(2):106-112]；Fu等人報道了TiO₂對水中重金屬離子的光催化氧化，即利用所制備的介孔α-Fe₂O₃/TiO₂對水中高毒的As(Ⅲ)的同時進行吸附和光催化氧化，研究表明該材料能快速吸附水中高毒的As(Ⅲ)并將其氧化為低毒的As(Ⅴ)，循環(huán)利用8次以上仍保持良好的吸附和光催化氧化性能，在水處理應用中具有良好的穩(wěn)定性[J.Phys.Chem.C?2008,112,19584–19589]；Zhang等報道了在N₂氛圍中，Pb(Ⅱ)在TiO₂納米晶表面的光催化還原[Thin?Solid?Films?518(2010)6006–6009]；可見，TiO₂對水中重金屬的光催化氧化或還原已經取得了一定的研究進展，但目前還有一些難題使其在實際應用中存在困難，例如，(1)TiO₂粉末不利于回收再利用，回收再利用的光催化或還原效率降低，吸附效率低；(2)TiO₂形態(tài)的精確調控不易，新穎形態(tài)的TiO₂光催化劑的制備仍有待探索；(3)TiO₂復合物多功能光催化劑的研發(fā)還不成熟，如何復合之后保持TiO₂具有較高的光催化性能還在發(fā)展中。因此，發(fā)明一種價格低廉、制備工藝簡單、反應條件溫和、兼具吸附性能和光催化性能、無二次污染、可回收利用、適用范圍廣且具有廣闊工業(yè)化應用前景的雙功能光催化劑成為目前研究的熱點。