一种降解有机氯污染物的复合催化剂及其制备方法技术

技术编号:15482820 阅读:169 留言:0更新日期:2017-06-03 00:08
本发明专利技术提供一种降解有机氯污染物的复合催化剂,属于降解催化剂技术领域。本发明专利技术所述复合催化剂为由F‑TiO

【技术实现步骤摘要】
一种降解有机氯污染物的复合催化剂及其制备方法
本专利技术属于降解催化剂
,特别涉及一种对有机氯污染物进行降解的催化剂,具体为一种降解有机氯污染物的复合催化剂及其制备方法。
技术介绍
我国是发展中国家中第一大有机氯农药消费和生产国,在20世纪60年代到80年代大量生产和使用的农药主要是有机氯农药。有机氯农药的大量使用不仅带来了环境污染,而且危害到人类健康,由于它们结构稳定,生物难降解,在环境中具有高残留性,它们通过生物富集和食物链的作用进入人体和动物体,能在肝、肾等组织中蓄积。由于有机氯污染物脂溶性较大,所以在脂肪中蓄积最多。蓄积的残留农药也能通过母乳排出,或转入卵黄等组织,影响子代,而且很多有机氯污染物在水中溶解度大,半衰期长。自从1972年由日本科学家首次报道了可在TiO2电极上将水光解成H2和O2。随后,又有研究者成功地将TiO2用于光催化降解水中有机污染物。TiO2本身具有良好的化学稳定性、抗磨损性、耐光蚀、低成本和无毒等特性,因此TiO2光催化技术受到世界各国环境能源研究者的强烈关注。然而由于锐钛矿型TiO2是宽禁带半导体(Eg=3.2eV),只能响应短波长的紫外线部分(λ<387nm,约占太阳能的8%),而太阳光谱中占绝大多数的可见光部分(能量约占45%)则未能有效利用。因此,通过修饰使得TiO2在可见光部分的波长响应增强,能高效地利用自然能源太阳能来解决环境能源问题成为TiO2光催化领域研究的一大热点。随后又有学者通过完全势线性缀加平面波模型分别计算了C、N、F、P、S取代锐钛矿型TiO2中晶格氧时的态密度后发现,非金属掺杂可使其禁带宽度减小,从而引发了可见光响应型非金属掺杂TiO2光催化剂的研究。20世纪80年代美国科学家首次提出使用零价金属还原含氯有机物污染物,利用零价铁还原氯代脂肪烃的稀溶液。随后,又有学者提出水体中原位修复的零价铁技术。由于零价金属成本低,易得,同时利用零价金属还原脱氯降解含氯有机物简便、有效,国内外在这一领域都展开了一些研究工作并取得了一定的成果,近年来零价金属催化剂得到了广大研究者的青睐。目前,制备氟掺杂TiO2的方法可分为溶胶-凝胶法、水解法、水热法、溶剂热法、喷雾热解法、化学气相沉淀法、电化学氧化法以及离子注入法。这些方法虽然制备出的材料纳米粒子高纯度、粒径分布窄、催化活性好,但几乎都是在高温下进行的,对设备的要求高,从而增加了制备工艺的复杂、产率低、成本高,且高温焙烧的TiO2粒子晶体,容易造成粒子的团聚,降低光催化活性。然而,目前制备零价铁的方法也有很多种,例如:微乳液法。将金属铁盐加入微乳液中,在其水核微区内控制胶粒成核生长,热处理后得到纳米微粒。与传统方法相比,该法制备的纳米粒子具有粒度分布均匀、分散性好等特点,在制备纳米金属粒子方面有很大的潜力,但成本较高,工艺较为复杂。蒸发冷凝法。又称为物理气相沉积法,利用真空蒸发、激光加热蒸发、电子束照射、溅射等方法使原料气化或形成等离子体,并在介质中急剧冷凝。此法制备的纳米零价铁纯度高、粒径小、结晶组织好,并易于控制粒度,但团聚性能差,对技术设备要求高,操作具有危险性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降解有机氯污染物的Fe0/F-TiO2复合催化剂及其制备方法。利用溶胶-凝胶法的化学反应特性,使Fe3+金属离子负载于F-TiO2上,再经过烘干、真空低温焙烧后还原得到Fe0/F-TiO2复合催化剂。本专利技术复合催化剂既具有F-TiO2的光催化氧化性能又具有零价铁的类Fenton氧化性能,从而增强对有机氯污染物的催化分解能力,提高其降解率。本专利技术目的通过下述技术方案来实现:一种降解有机氯污染物的复合催化剂,所述复合催化剂为由F-TiO2与零价Fe组成的Fe0/F-TiO2复合催化剂。作为本专利技术一种降解有机氯污染物的复合催化剂的一个具体实施例,所述Fe0/F-TiO2复合催化剂为将先将Fe3+金属离子负载于F-TiO2上,再经还原的方法制备得到。作为本专利技术一种降解有机氯污染物的复合催化剂的一个具体实施例,所述Fe0/F-TiO2复合催化剂由包括钛酸丁酯、硝酸铁、氢氟酸的原料,利用溶胶-凝胶法将Fe3+金属离子负载于F-TiO2上,经烘干、焙烧,再经还原的方法制备得到。作为本专利技术一种降解有机氯污染物的复合催化剂的一个具体实施例,所述焙烧在真空中进行,温度为100~400℃;所述还原采用氮气保护,还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾中的一种或两种。本专利技术还提供所述降解有机氯污染物的复合催化剂的制备方法,包括以下步骤:1)溶液A的制备:向反应容器内加入无水乙醇并放入30~50℃水浴中加热搅拌,缓慢加入钛酸丁酯,然后快速加入冰乙酸和Fe(NO3)3,搅拌25~35min,制得溶液A;2)溶液B的制备:向无水乙醇及蒸馏水中加入氢氟酸,并用酸调节pH至2~4,制得溶液B;3)Fe3+/F-TiO2粉末的制备:在30~50℃的水浴下,剧烈搅拌将溶液B滴加到溶液A中,陈化22~26h得凝胶,经烘干、焙烧后得Fe3+/F-TiO2粉末;4)Fe0/F-TiO2复合催化剂的制备:将Fe3+/F-TiO2粉末在氮气保护下,经还原即得Fe0/F-TiO2复合催化剂。作为本专利技术一种降解有机氯污染物的复合催化剂制备方法的一个具体实施例,溶液A的制备中,所述无水乙醇、钛酸丁酯、冰乙酸加入体积比为25~35:5~15:1~6;所述钛酸丁酯中Ti与Fe(NO3)3中Fe的质量比为0.01~0.2:1,本专利技术Ti与Fe的质量比是根据零价铁的类Fenton氧化与F-TiO2的光催化氧化性能来决定的,在本专利技术钛铁质量比的范围内能将其氧化协同作用发挥到最佳,进而使其对有机氯污染物的降解作用达到最强,降解率达到最佳;不在本专利技术限定范围内的Ti和Fe的质量比都会影响零价铁与F-TiO2的协同作用,影响制备的复合催化剂对有机氯污染物的降解作用,使降解率降低。作为本专利技术一种降解有机氯污染物的复合催化剂制备方法的一个具体实施例,溶液B的制备中,所述无水乙醇与蒸馏水的体积比为8~13:3~6;所述氢氟酸中F与钛酸丁酯中Ti的摩尔比为1:0.01~0.8;所述酸为浓硝酸或盐酸中的一种或两种。本专利技术钛氟的摩尔比是充分考虑到复合催化剂对有机氯污染物的吸附性能的,氢氟酸显酸性,其加入量过多或过少都会影响有机氯污染物在复合催化剂表面的吸附性能,从而影响复合催化剂对有机氯污染物的降解性能,使降解率降低。另外,在溶液B的制备中,将pH限定在2-4,在这个pH条件下,可以很好地控制钛酸丁酯的水解速度,从而控制TiO2的晶型,使复合催化性的性能达到最佳。当pH不在本专利技术限制的范围内时,钛酸丁酯的水解速度很快,不能形成凝胶状态,就不能制备出本专利技术复合催化剂。作为本专利技术一种降解有机氯污染物的复合催化剂制备方法的一个具体实施例,所述烘干温度为75~85℃,所述焙烧条件为100~400℃真空中焙烧5~8h。本专利技术与常规复合催化剂制备方法相比,采用真空低温焙烧,将焙烧温度控制在100~400℃,是为了防止Fe3+在高温有氧条件中容易形成Fe2O3或Fe3O4,进一步影响Fe3+在氮气保护下经还原形成零价铁Fe,从而影响复合催化剂的结构和催化剂的性能,使催化剂对有机氯污染物的降解率降本文档来自技高网
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一种降解有机氯污染物的复合催化剂及其制备方法

【技术保护点】
一种降解有机氯污染物的复合催化剂,其特征在于,所述复合催化剂为由F‑TiO

【技术特征摘要】
1.一种降解有机氯污染物的复合催化剂,其特征在于,所述复合催化剂为由F-TiO2与零价Fe组成的Fe0/F-TiO2复合催化剂。2.如权利要求1所述一种降解有机氯污染物的复合催化剂,其特征在于,所述Fe0/F-TiO2复合催化剂为将先将Fe3+金属离子负载于F-TiO2上,再经还原的方法制备得到。3.如权利要求2所述一种降解有机氯污染物的复合催化剂,其特征在于,所述Fe0/F-TiO2复合催化剂由包括钛酸丁酯、硝酸铁、氢氟酸的原料,利用溶胶-凝胶法将Fe3+金属离子负载于F-TiO2上,经烘干、焙烧,再经还原的方法制备得到。4.如权利要求3所述一种降解有机氯污染物的复合催化剂,其特征在于,所述焙烧在真空中进行,温度为100~400℃;所述还原采用氮气保护,还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾中的一种或两种。5.如权利要求1至4任一项所述一种降解有机氯污染物的复合催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)溶液A的制备:向反应容器内加入无水乙醇并放入30~50℃水浴中加热搅拌,缓慢加入钛酸丁酯,然后快速加入冰乙酸和Fe(NO3)3,搅拌25~35min,制得溶液A;2)溶液B的制备:向无水乙醇及蒸馏水中加入氢氟酸,并用酸调节pH至2~4,制得溶液B;3)Fe3+/F-TiO2粉末的制备:在30~50℃的水浴下,剧烈搅拌将溶液B滴加到溶液A中,陈化22~26h得凝胶,经烘干、焙烧后得Fe3+/F-TiO2粉末;4)Fe0/F-TiO2复合催化剂的制备:将Fe3+/F-TiO2粉末在氮气保护下,经还原即得Fe0/F-TiO2复合催化剂。6.如权利要求5所述一种降解有机氯污染物的复合催化剂的制备方法,其特征在于,溶液A的制备中,所述无水乙醇、钛酸丁酯、冰乙酸加入体积比为25~35:5~15:1~...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵仕林刘茜马骏李越唐飏马崇迪沈芳罗风廖洋
申请(专利权)人:四川师范大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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