一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料及其制备方法，该材料通过HF和石墨烯改性TiO2得到，其分子式为FxGyT，其中，x为HF与TiO2的质量百分比的分子，y为氧化石墨烯与TiO2的质量百分比的分子。该材料的制备方法，包括：1)先将氧化石墨烯加入到乙醇溶液中，再加入二氧化钛和氢氟酸，之后交替进行超声和搅拌，持续操作1～5h；2)在160℃～200℃的反应温度下进行18～30h的水热反应，反应结束后冷却；3)经后处理得到紫外光催化去除水中溴酸盐的材料。本发明专利技术通过氟(F)、石墨烯(GR)共掺杂改性二氧化钛，从而极大地提高了材料的反应性能，在紫外光催化下能够高效除去水中溴酸盐。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及去除水中溴酸盐的材料领域，具体涉及一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料及其制备方法。
技术介绍
当前臭氧氧化或消毒技术在水处理中得到广泛应用，特别是在一些优质水的生产领域，但因其可能会产出溴酸盐消毒副产物而给饮水安全带来一定的隐患。研究表明，Br-浓度大于50μg/L时就会在臭氧消毒过程中形成溴酸盐，此外次氯酸、氯胺以及臭氧与次氯酸的结合使用都会导致溴酸盐的生成。研究表明：在实验鼠的饮用水中加入溴酸钾成分会加大癌变的机会，同时也会增加非癌肾脏细胞肿瘤、甲状腺和腹膜间皮瘤。溴酸盐早在1990年即被国际癌症研究机构(IARC)鉴定为对人体有潜在的致癌风险。因而美国和一些欧洲国家以及我国新修订的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定BrO3-最大污染浓度为10μg/L。溴酸盐的控制与去除主要有三大途径：包括溴酸盐前驱物的去除，臭氧氧化过程中溴酸盐形成的控制，以及产生后的去除技术。其中去除技术因溴酸盐控制技术的局限性而受到广泛关注，许多去除方法也应运而生，包括活性炭吸附法、亚铁离子或者零价铁还原法、生物降解法等。但这些技术在实际应用中都受到一定的限制，比如活性炭吸附能力有限，亚铁离子和零价铁易被氧化稳定性差，生物降解法存在二次污染等。与这些技术相比，光催化技术反应条件温和、去除性能高效，同时也容易与紫外消毒联用，能更好地保证出厂水的消毒效果。二氧化钛作为一种典型的光催化剂被广泛应用于各行各业，但它禁带宽度较大，光生电子空穴对容易复合，大大限制了反应的高效进行。本专利技术制备的氟(F)、石墨烯(GR)共掺杂改性二氧化钛极大地提高了反应性能，但目前利用这种材料去除溴酸盐的研究还未见报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料及其制备方法，通过氟(F)、石墨烯(GR)共掺杂改性二氧化钛，从而极大地提高了材料的反应性能，在紫外光催化下能够高效除去水中溴酸盐。一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料，该材料为氟(F)与石墨烯(GR)共掺杂的改性二氧化钛灰色粉末FxGyT，即该材料通过HF和石墨烯改性TiO2得到，其分子式为FxGyT，其中，x为HF与TiO2的质量百分比的分子，单位为％，例如HF与TiO2的质量百分比为1.0％，则x为1.0。y为氧化石墨烯(GO)与TiO2的质量百分比的分子，单位为％，例如氧化石墨烯(GO)与TiO2的质量百分比为0.1％，则y为0.1。FxGyT的平均粒径约为23nm，且大部分颗粒具有001晶面。作为优选，x＝0.5～1.5，y＝0.05～0.2，最优选，FxGyT为F1.0G0.1T，F1.0G0.1T在紫外光催化下高效除去水中溴酸盐方面体现出最为优异的性能。一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料的制备方法，包括以下步骤：1)先将氧化石墨烯(GO)加入到乙醇溶液中，再加入二氧化钛和氢氟酸(HF)，得到初步混合液，之后将初步混合液交替进行超声和搅拌(搅拌速度为300r/min)，持续操作1～5h，得到混合溶液；2)将混合溶液在160℃～200℃的反应温度下进行18～30h的水热反应，反应结束后冷却，得到灰色前驱体；3)将灰色前驱体经后处理得到紫外光催化去除水中溴酸盐的材料。为了得到更好的专利技术效果，以下作为本专利技术的优选技术方案：步骤1)中，所述的氢氟酸中氟化氢、氧化石墨烯、二氧化钛三者的质量比为0.005～0.015：0.0005～0.002：1，进一步优选为0.01：0.001：1，即得到紫外光催化去除水中溴酸盐的材料为F1.0G0.1T，该特定质量比下得到的材料在紫外光催化下能够非常高效地除去水中溴酸盐。所述的氧化石墨烯的氧化程度为30％～45％，即氧化石墨烯中氧的质量百分含量为30％～45％。进一步优选，所述的氧化石墨烯的氧化程度为35％，即氧化石墨烯中氧的质量百分含量为35％，氧化石墨烯的碳氧比为1.5～2。所述的氢氟酸的质量百分含量为30％～50％，即氢氟酸中氟化氢的质量百分含量为30％～50％。进一步优选，所述的氢氟酸的质量百分含量为40％，即氢氟酸中氟化氢的质量百分含量为40％。加入二氧化钛和氢氟酸(HF)的方式采用边搅拌边加入二氧化钛和氢氟酸(HF)，该搅拌速度为200～400r/min，进一步优选为300r/min。初步混合液交替进行超声和搅拌的具体方式为初步混合液每隔10～20min交替进行超声和搅拌，该搅拌的速度为200～400r/min，进一步优选为300r/min。交替进行超声和搅拌的持续操作时间为1～3h，进一步优选为2h。步骤2)中，所述的水热反应在含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行，所述的水热反应在170℃～190℃的反应温度下进行22h～26h，进一步优选，所述的水热反应在180℃的反应温度下进行24h。反应结束后冷却采用自然冷却，自然冷却到室温25℃，得到灰色前驱体。步骤3)中，所述的后处理包括洗涤、干燥、研磨。洗涤采用去离子水反复洗涤离心6次。干燥采用在50℃～70℃(进一步优选为60℃)烘箱中干燥，直至干燥完全。研磨采用玛瑙研钵碾磨成均匀粉末。本专利技术的紫外光催化去除水中溴酸盐的材料作为光催化剂特别适合在紫外光催化去除水中溴酸盐中应用，光催化剂的分子式为F1.0G0.1T，粒径小，比表面积大，且大部分具有001晶面。应用具体包括：向含溴酸盐污染物浓度为20～100μg/L的水溶液中加入紫外光催化去除水中溴酸盐的材料(如光催化剂F1.0G0.1T)，先暗态吸附0.2～1小时，之后进行紫外光照，可有效去除水中的溴酸盐。所述的紫外光照的强度为15～40μW/cm2。具体的以F1.0G0.1T为例，在常温25℃下，向pH值为3.0～9.0的含溴酸盐污染物浓度为20～100μg/L的溶液中加入一定量的光催化剂F1.0G0.1T暗态吸附一定时间后进行紫外光照，可有效去除水中的溴酸盐。所述的紫外光照的强度为10W，26μW/cm2。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术通过向含有溴酸盐污染物的水中加入如F1.0G0.1T作为光催化剂，在10W，26μW/cm2的低强度紫外光照下使水中溴酸盐得到去除，从而使水体中溴酸盐浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)10μg/L以下。2.本专利技术去除溴酸盐的反应条件简单，常温下反应即可有效地进行，可有效去除低初始浓度(20～100μg/L)的溴酸盐溶液。...

【技术保护点】
一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料，其特征在于，该材料通过HF和石墨烯改性TiO2得到，其分子式为FxGyT，其中，x为HF与TiO2的质量百分比的分子，y为氧化石墨烯与TiO2的质量百分比的分子。

【技术特征摘要】
1.一种紫外光催化去除水中溴酸盐的材料，其特征在于，该材料通过
HF和石墨烯改性TiO2得到，其分子式为FxGyT，其中，x为HF与TiO2的
质量百分比的分子，y为氧化石墨烯与TiO2的质量百分比的分子。
2.根据权利要求1所述的紫外光催化去除水中溴酸盐的材料，其特征
在于，x＝0.5～1.5，y＝0.05～0.2。
3.根据权利要求1所述的紫外光催化去除水中溴酸盐的材料的制备方
法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先将氧化石墨烯加入到乙醇溶液中，再加入二氧化钛和氢氟酸，得
到初步混合液，之后将初步混合液交替进行超声和搅拌，持续操作1～5h，得
到混合溶液；
2)将混合溶液在160℃～200℃的反应温度下进行18～30h的水热反应，
反应结束后冷却，得到灰色前驱体；
3)将灰色前驱体经后处理得到紫外光催化去除水中溴酸盐的材料。
4.根据权利要求3所述的紫外光催化去除水中溴酸盐的材料的制备方
法，其特征在于，步骤1)中，所述的氢氟酸中氟化氢、氧化石墨烯、二氧
化钛三者的质量比为0.005～0.015：0.0005～0.002：1。
5.根据权利要求3所述的紫外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕，李玲丹，刘宏远，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33