[發明專利]復合光催化劑的制備方法、復合光催化劑以及染料廢水的降解方法

在審

• 申請號: 202110077727.X
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112892536A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 饒硯迪;李傲奇;張雨昕;張天虎;周艷萍;黃海明
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/08;C02F1/72;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 賈顏維

本發明提供一種復合光催化劑的制備方法、復合光催化劑以及染料廢水的降解方法，屬于水污染治理領域。該復合光催化劑的制備方法，其包括：將鈦酸丁酯、鹽酸和石墨混合于乙醇溶液中，超聲至得到凝膠，將凝膠干燥后研磨成粉末，煅燒得到石墨?TiO₂；再將石墨?TiO₂納米顆粒分散于含有Fe₃O₄的混合溶液，加入NaOH和聚乙二醇后反應得到復合光催化劑石墨?TiO₂@Fe₃O₄。該復合光催化劑的催化活性強，回收率高。將該復合光催化劑石墨?TiO₂@Fe₃O₄與過硫酸鹽協同性的應用于染料廢水的降解中，通過該方法，能夠實現對如茜素紅這類難降解的偶氮染料，降解率高達90％以上。

技術領域

本發明涉及水污染治理領域，尤其涉及一種復合光催化劑的制備方法、復合光催化劑以及染料廢水的降解方法。

背景技術

偶氮染料廣泛應用于紙張印刷、紡織和皮革的制造過程，由于其高毒性、致癌性和致突變性對生態環境造成了顯著的風險。大多數的偶氮染料由于其復雜的結構而難以降解，例如茜素紅是一種蒽醌染料，固體形態是粉末狀的，易溶于水，毒性很大，但難于降解。因此光催化氧化技術已成為處理偶氮染料廢水的熱點之一。

TiO₂光催化劑具有穩定性、高氧化能力和生態友好等優點被廣泛應用于光催化技術中。由于TiO₂具有禁帶寬度(3.0-3.2eV)將TiO₂限制在紫外光部分、光生電子空穴(e/h)對的快速復合導致量子產率低、從處理后的廢水中回收粉狀TiO₂催化劑是困難和昂貴等問題。

過硫酸鹽在水溶液中可通過UV、熱、過渡金屬等多種方式活化產生SO₄^-·，其具有比·OH更穩定的結構、更長的半衰期和更強的氧化還原電位。然而，傳統活化方式存在pH應用范圍窄、反應過程易產生鐵泥、催化劑不能循環使用等問題。

目前所報道的光催化劑的制備不易回收，活化過硫酸鹽的方式存在耗能大、步驟繁瑣、易產生二次污染等問題。如專利(CN202010356595.X)提出的“一種利用UV加熱活化過硫酸鹽處理染料廢水的方法”，雖可以活化過硫酸鹽，但僅限于紫外條件下，同時光照射光催化劑產生的電子與空穴易復合，降低了催化效率，同時光催化劑不易回收。另如專利(CN111153485 A)提出“一種高效活化過硫酸鹽的組合物及其應用”，利用納米金屬硫化物和鐵離子的組合物活化過硫酸鹽處理多氯聯苯廢水。然而，Fe²⁺溶液的保存難度較大且易被溶解氧等氧化而失效，從而導致利用率低。另外，如報道中所示在可見光下PP@Au-TiO₂降解20mg/L的茜素紅，3h后降解效率僅為80％；Ce³⁺/Ce⁴⁺/Bi₂O₃/Vis降解20mg/L的茜素紅，2h后降解效率僅為為78％；以上報道均為在較低茜素紅濃度下，降解時間較長，降解效率低。

鑒于此，本申請提出一種復合光催化劑的制備方法、復合光催化劑以及染料廢水的降解方法。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種復合光催化劑及其制備方法，該復合光催化劑的催化活性強，回收率高，可用于對染料廢水進行高效降解。

本發明的第二目的在于提供一種染料廢水的降解方法，該方法既可以抑制TiO₂中的電子與空穴的再復合，并產生羥基自由基，又可以活化過硫酸鹽產生硫酸根自由基，其能夠在可見光下高效處理染料有機廢水并實現催化劑的重復利用。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種復合光催化劑的制備方法，其包括：