一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負(fù)載的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負(fù)載的應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體光催化功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自1972年A.Fujishima和K.Honda在nature雜志發(fā)表關(guān)于η型半導(dǎo)體！^(^可以光分解水的文章以來(lái)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)已成為一個(gè)新興的研宄學(xué)科。半導(dǎo)體多相光催化法作為一種污染治理新技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。
[0003]多相半導(dǎo)體光催化技術(shù)幾乎能夠完全將廢水中的各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物礦化為C02、H20和無(wú)機(jī)鹽，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，達(dá)到了治理環(huán)境污染的目的，克服了傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)移和過(guò)濾法的不足。而且光催化技術(shù)能在室溫下深度氧化分解絕大多數(shù)的有機(jī)污染物，且裝置簡(jiǎn)單，具有降解速度快、無(wú)選擇性、價(jià)格便宜、無(wú)毒害、可以長(zhǎng)期使用等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]目前作為催化有機(jī)物降解的半導(dǎo)體光催化劑主要有Ti02、ZnO、CdS, W03、SnO2等，根據(jù)半導(dǎo)體的催化理論和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體催化能力與其能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，半導(dǎo)體粉體光催化活性順序?yàn)門(mén)i02>Zn0>W03。T12以其氧化能力強(qiáng)，催化活性高，生物、化學(xué)、光化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)一直處于光催化研宄的核心地位。
[0005]傳統(tǒng)的光催化研宄多限于懸浮體系，而懸浮體系由于存在后續(xù)分離和回收以及催化劑容易凝聚和中毒等缺點(diǎn)，限制了其工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用，因此，將打02光催化劑固定在合適的載體上，成為光催化領(lǐng)域迫切需要解決的問(wèn)題。
[0006]火山巖(玄武巖)是火山爆發(fā)后由形成的多孔形石材。噴發(fā)時(shí)噴發(fā)出來(lái)的巖漿有氣體渣、固體巖漿，艷磊石材，溫度和壓力迅速下降，發(fā)生了化學(xué)和物理變化，所以巖漿就變成了火山巖?；鹕綆r含有大量的硅、鉀、鈉、鐵、鎂、銅、鋅、鉻、鎳、錳等26種礦物元素。
[0007]目前火山巖應(yīng)用于催化劑負(fù)載時(shí)，主要利用了其多孔性的特點(diǎn)，可以增加催化劑的比表面積，從而提高催化效率。
[0008]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN101559362A(申請(qǐng)?zhí)?00910068963.4)公開(kāi)了一種用于去除垃圾焚燒爐煙氣中二惡英的催化劑，以火山巖為載體，在該載體上先后負(fù)載二氧化鈦和V205，其中催化劑成分為V205，Ti02為負(fù)載V205的載體；該催化劑的制備方法:首先采用溶膠-凝膠法或均勻沉淀法將Ti02負(fù)載在火山巖上，然后采用浸漬法將V205負(fù)載在Ti02載體上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用多孔的火山巖為載體，原料便宜且具有較大的比表面積，使催化能力增強(qiáng)；而Ti02作為催化劑的載體，能較好地負(fù)載V205催化劑，同時(shí)Ti02在催化劑的抗煙氣中硫的中毒方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，在200°C?450°C溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出較高的二惡英催化氧化分解能力。
[0009]但目前沒(méi)有將火山巖作為二氧化鈦光催化劑負(fù)載的相關(guān)應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負(fù)載的應(yīng)用。
[0011]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0012]一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負(fù)載在制備光催化劑中的應(yīng)用。
[0013]一種火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0014](I)清除火山巖表面的雜質(zhì)，制得火山巖載體；
[0015](2)將Ti (SO4)2與尿素按質(zhì)量比(0.5?I):1的比例溶于水中，配制成Ti離子濃度為0.08?0.15mol/L的負(fù)載溶液；
[0016](3)將步驟⑴制得的火山巖載體浸入步驟(2)制得的負(fù)載溶液中，火山巖載體與負(fù)載溶液的質(zhì)量體積比為1: (8?15)，單位g/mL，混合均勻，在溫度為70?90°C的條件下，保溫反應(yīng)2?4h，反應(yīng)過(guò)程中加入尿素溶液或氨水控制反應(yīng)體系pH值為5?7，然后經(jīng)陳化24?48h，過(guò)濾、烘干后，在150?250°C保持I?2h，升溫速度2?4°C /min，400°C?550°C焙燒2?3h，升溫速度I?3°C /min，制得火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟⑴中，清除火山巖表面的雜質(zhì)采用如下步驟:
[0018]先用清水超聲清洗火山巖，然后浸入丙酮中I?3h，再浸入乙醇中I?3h，清水洗滌，即得。
[0019]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述超聲波清洗條件為超聲清洗機(jī)頻率為35?45kHz，溫度為 18 ?22°C。
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中，清除火山巖表面的雜質(zhì)后，還包括浸入濃度為0.1?0.3mol/L的NaOH溶液2?4h的步驟。
[0021]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中加入尿素濃度為0.05?0.3mol/L的尿素溶液。
[0022]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，烘干溫度為70°C?80°C。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]1、本發(fā)明首次采用火山巖作為二氧化鈦光催化劑的載體，不僅載體強(qiáng)度高，在光催化反應(yīng)中不會(huì)破損流失，利于回收利用；而且所用載體火山巖，富含多種金屬元素，如Fe、Ni等，這些元素在合成過(guò)程中對(duì)1102形成摻雜，能在一定程度上提高負(fù)載型光催化劑的性能；此外，載體具有豐富蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)，大的比表面積，優(yōu)異的吸附性能，作為光催化劑的載體能夠提高負(fù)載型催化劑的負(fù)載牢固度與光催化性能；
[0025]2、本發(fā)明所述的制備方法采用尿素作為水解促進(jìn)物，通過(guò)尿素的緩慢分解營(yíng)造Ti (SO4) 2水解環(huán)境，控制水解速度，水解過(guò)程緩慢溫和，形成的T1 2晶粒小，負(fù)載牢固度高，光催化性能好；
[0026]3、本發(fā)明采用火山巖作為載體，原料廉價(jià)易得，工藝簡(jiǎn)單，易于操作，條件溫和，適合工業(yè)化的生產(chǎn)；本發(fā)明整個(gè)工藝過(guò)程不涉及高毒性有機(jī)物質(zhì)，廢水量少，易處理，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。
[0028]原料來(lái)源
[0029]火山巖購(gòu)自鄭州華益濾料耗材有限公司，粒徑為5?8mm，孔隙率為85%，比表面積 20 ?25m2/g°
[0030]實(shí)施例1
[0031]一種火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0032](I)將火山巖在22°C，超聲頻率45kHz條件下超聲水洗lh，然后分別用丙酮和乙醇浸泡各lh，過(guò)濾后，將火山巖用清水洗滌，80°C烘干，再放入0.3mol/L的NaOH溶液浸泡3h，水洗、80 °C烘干，制得火山巖載體；
[0033](2)將24g Ti (SO4)A 24g尿素溶于100ml水中，配制成負(fù)載溶液；
[0034](3)將10g步驟⑴制得的火山巖載體浸于步驟(2)制得的負(fù)載溶液中，攪拌混合均勻，加熱到70°C，持續(xù)滴加0.lmol/L的尿素水溶液控制反應(yīng)體系的pH = 5?7，保溫反應(yīng)2h，陳化24h，過(guò)濾，70°C烘干，然后按2°C /min的升溫速度升溫至200 °C，保持Ih，然后按1°C /min的升溫速度升溫至400°C，焙燒3h，即得火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑；
[0035]將所制得的催化劑降解濃度為9mg/L的RhB，光源為365nm高壓汞燈，火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑用量為50g/L，2h后RhB的去除率為95.7%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]一種火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0038](I)將火山巖在18°C，超聲頻率35kHz條件下超聲水洗lh，然后分別用丙酮和乙醇浸泡各3h，過(guò)濾后，將火山巖用清水洗滌，80°C烘干，再放入0.lmol/L的NaOH溶液浸泡3h，水洗、80 °C烘干，制得火山巖載體；
[0039](2)將24g Ti (SO4)A 48g尿素溶于100ml水中，配制成負(fù)載溶液；
[0040](3)將10g步驟(I)制得的火山巖載體浸于步驟(2)制得的負(fù)載溶液中，攪拌混合均勻，加熱到90°C，持續(xù)滴加0.lmol/L的尿素水溶液控制反應(yīng)體系的pH = 5?7，保溫反應(yīng)4h，陳化48h，過(guò)濾，80°C烘干，然后按2°C /min的升溫速度升溫至200°C，保持lh，然后按1°C /min的升溫速度升溫至550°C，焙燒3h，即得火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑；
[0041]將所制得的催化劑降解濃度為9mg/L的RhB，光源為365nm高壓汞燈，火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑用量為50g/L，2h后RhB的去除率為94.8%。
[0042]實(shí)施例3
[0043]一種火山巖負(fù)載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
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