一种对可见光有响应的光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种对可见光有响应的光催化剂及其制备方法。其技术方案是：将炉渣与６５ｗｔ％的浓硝酸按质量比为１∶１～１∶２溶合，反应至不再有黄色烟雾ＮＯ↓［２］产生，加水搅拌，静置５～２０ｍｉｎ，取上层液体，即得水热反应前驱物；将水热反应前驱物用ＮａＯＨ或ＫＯＨ溶液调整ｐＨ＝９～１２，转入高压反应釜内，填充度为６０％～８０％，将反应釜内温度控制在１２０℃～１８０℃，反应２～３ｈ，冷却后过滤，用蒸馏水或自来水洗涤２～３次，过滤后将滤渣在１００～１４０℃下烘干、磨细。本发明专利技术以炉渣为原料，具有成本低廉、制备工艺简单、催化活性好、易于工业化生产的特点，且所制备的催化剂是一种比表面积大、活性高、对４００～８００ｎｍ可见光有较强响应的多孔材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米光催化剂的制备
尤其涉及一种对可见光有响应的以炼钢炼铁 炉渣为原料的光催化剂及其制备方法。
技术介绍
光催化氧化法处理废水具有广泛的应用前景，光催化剂经紫外光照产生的羟自由基GOH) 几乎可与任何有机污染物反应，并将其彻底，化成无污染的二氧化碳、水和矿物盐，该法不 仅可以克服生物处理法难以降解染料、农药、医药等废水中环状分子结构有毒污染物的缺点， 还避免了絮凝、沉淀法仅能去除不溶性、溶胶性污染物的局限性及一般化学氧化法作用的不 彻底性。光催化氧化技术能在常温常压下进行，彻底破坏有机物，没有二次污染，是最有希 望治理污染环境的催化新技术之一。光催化剂是影响光催化氧化效果的关键因素，在众多的纳米半导体催化材料中，纳米Ti02 具有化学性质稳定、催化效率高、无毒无害等优点，因而成为应用最广的光催化剂。二氧化 钛光催化剂的制备方式包括气相法、液相法以及溶胶-凝胶法，然而上述方法均是以四氯化钛 或钛的醇盐等昂贵的化学药剂为原料通过一定工艺制成(蔡登科，喻剑辉，文习山，蓝磊， 张志强.纳米Ti02的制备及其在水处理应用方面的发展.华东电力，2003， 7: 49-51)，制 备过程复杂，而且制得的催化剂活性较差，妹可见光利用率低，成本高。因此，如何使光催化剂在可见光范围内有响应以及如何提高光催化剂活性，成为当今光 催化
研究的重点。国外学者针对上述问题已经进行了各种尝试，包括将金属离子如Cr、 V、 Mn、 Fe、或Ni 离子沉积到催化剂中的方法和将不同物质的离子掺入催化剂中的方法等(专利号02801196.1) ，以提高光催化剂的可见光响应，但所制得的光催化剂活性可能因电子和空穴的 复合而下降，因此在工业上并未得到应用。在国内，具有可见光活性的光催化剂及其利用(CN97181439.2) 公开了一种通过在等离子体中用甲烷和氢的混合气对二氧化钛进行CVD处理获得能够利用可见光的光催化剂，但制备方法复杂且活性不高。通过在纳米Ti02表面沉积Ag， Au, Pt， Pd， Nb (戴红.贵金属合金催化剂的应用.贵金 属，1999， 20 (1): 58 61);以及通过采用光化学沉淀法(魏宏斌等.水溶液中腐殖酸的二氧 化钛膜光催化氧化研究.环境科学学报，1998， 18 (2): 161)，将Ag和Pt沉积在Ti02膜上的方法在一定程度上提高了催化剂的活性以及扩大了吸收波长的范围。但贵金属表面沉 积法成本太高且难以保证贵金属在纳米Ti02的表面均匀沉积。高炉渣是冶炼钢铁时产生的废渣，20世乡S70年代以前， 一直作为工业废弃物堆放。随着 工业的发展，我国工业废渣的年排放量已达5.6亿吨，其中高炉渣的年排放量在3000万吨左 右，且高炉渣的堆积量将日益增大。资料显示含钛高炉渣具有较高的光催化活性，将含钛高炉渣磨细至平均粒度达1 2pm， 并在一定温度和气氛下处理后，与水玻璃混合负载于玻璃片上可作为光催化剂使用。(刘卯， 薛向欣等。含钛高炉渣光催化降解邻硝基酚的实验研究.材料导报，2006.1(20):140-142) 但是将废弃的含钛高炉渣直接用作光催化剂，催化效率较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单，成本低廉，催化活性好，相对于其它光催化剂更易于工业化应用、对400 800nm可见光有较强响应的光催化剂及其制备方法。为实现上述任务，本专利技术所采用的技术方案是将炉渣与65wtM的浓硝酸按质量比为l: 1~1: 2溶合，反应至不再有黄色烟雾N02产生，加水搅拌，静置5 20min，取上层液体，即 得水热反应前驱物；将水热反应前驱物用NaOH或KOH溶液调整pH=9~12，转入高压反应釜内，填充度为 60%~80%，将反应釜内温度控制在120°C~180°C，反应2~3h，冷却后过滤，用蒸馏水或自来 水洗漆2 3次，过滤后将滤渣在100 14(TC下烘干、磨细。其中炉渣的主要化学成分是，TFe为3.71 38.08wt%、 A1203为7.24 16.08wt%、 CaO 为31.03 40.34wt%、 MgO为4.52 9.78wt%、 Ti02为0.98 14.20wt%、 Si02为14.14 22.83wt%,粒度为20-120目；高压反应釜的内衬为耐酸耐高压材料。由于本专利技术采用的水热法是一种新的纳米材料制备方法，故能制备出纯度高、晶型好、 单分散、形状及大小可控的纳米微粒。本专利技术以炉渣为原料，具有成本低廉、制备工艺简单、 易于工业化生产及应用的特点，且所制备的催化剂是一种比表面积大、活性高、对400 800nm可见光有较强响应的多孔材料。 附图说明图1是本专利技术所制备的光催化剂(a)，锐态矿Ti02 (b)的UV-vis漫反射光谱图； 图2是本专利技术所制备的光催化剂与Ti02光催化剂的光催化活性比较图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描哮实施例l:将主要化学成分是TFe为3.71wt%、 A1203 为16.08wt%、 CaO为33.74wt%、 MgO为9.48t%、 1102为14.20wt%、 SiCh为22.83wt。/o的炉 渣经球磨机磨细后，筛选粒度为60 120目的炉渣，将其与65wt。/u的浓硝酸按照质量比为1: 1.0 1.2溶合，反应至不再有黄色烟雾N02产生，加水搅拌，静置10 20min，取上层液体， 即得水热反应前驱物。然后将水热反应前驱物用NaOH溶液调整pH值至9，转入高压反应釜内，高压反应釜的 内衬为聚四氟乙烯，填充度为65°/。~75%，将反应釜内温度控制在120°C~180°C，反应2h,冷 却后采用抽滤方式过滤。用蒸馏水洗涤滤渣2 3次。所得滤渣在105'C条件下干燥，磨细后 即得对可见光有响应的光催化剂。 实施例2将主要化学成分是TFe为21.46wt%、 八1203为7.24wt%、 CaO为31.03wt%、 MgO为9.78t%、 1102为0.98wt%、 SiCh为15.64wt% 的炉渣经球磨机磨细后，筛选粒度为20~120目的炉渣，将其与65wt。/c的浓硝酸按照质量比为 1: 1.5 1.8溶合，反应至不再有黄色烟雾N02产生，加水搅拌，静置10~20min，取上层液 体，即得水热反应前驱物。然后将水热反应前驱物用NaOH溶液调整pH值至11 ，转入高压反应釜内，高压反应釜 的内衬为聚四氟乙烯，填充度为65%~75%，将反应釜内温度控制在150"C 16(TC，反应2h， 冷却后采用抽滤方式过滤。用蒸馏水洗涤2 3次。所得滤渣在105'C条件下干燥，磨细后即得对可见光有响应的光催化剂。本具体实施方式在工艺上采用的水热法是一种新的纳米材料制备方法，能制备出纯度高、晶型好、单分散、形状及大小可控的纳米微粒。由于本具体实施方式以高炉渣为原料，故具 有成本低廉、制备工艺简单、易于工业化生，及应用的特点，且所制备的催化剂是一种比表 面积大、活性高、对400 800nm可见光有较强响应的多孔材料。上述实施例所制备的光催 化剂对光的响应如图1所示，在可见光区的吸收远大于Ti02光催化剂；以罗丹明B的水溶液 为模拟污染水体系对光催化活性的评价如图2所示，本实施例所制备光催化剂的催化活性高 于Ti02本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对可见光有响应的光催化剂及其制备方法，其特征在于将炉渣与６５ｗｔ％的浓硝酸按质量比为１∶１～１∶２溶合，反应至不再有黄色烟雾ＮＯ↓［２］产生，加水搅拌，静置５～２０ｍｉｎ，取上层液体，即得水热反应前驱物；将水热反应前驱物用ＮａＯ Ｈ或ＫＯＨ溶液调整ｐＨ＝９～１２，转入高压反应釜内，填充度为６０％～８０％，将反应釜内温度控制在１２０℃～１８０℃，反应２～３ｈ，冷却后过滤，用蒸馏水或自来水洗涤２～３次，过滤后将滤渣在１００～１４０℃下烘干、磨细。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，南昊，郭晓宁，刘潘，徐文婷，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]