一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法技术

本发明专利技术公开了一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法，以改性粉煤灰沸石为载体，增加了光催化剂的比表面积，孔隙更加牢固，不易发生坍塌，大大提高了光催化剂的吸附能力，采用由稀土矿石提炼出的混合稀土掺杂TiO2作为光催化剂，混合稀土具有加合催化能力并且较单一稀土化合物成本低廉，使用自制光反应装置，催化降解效率高。本发明专利技术对水中的蒽等多芳烃催化降解效率高，成本较低，模拟自然光催化降解，具有良好的应用价值。

Modified fly ash loaded zeolite mixed rare earth doped TiO

The invention discloses a modified fly ash zeolite loading mixed rare earth doped TiO

【技术实现步骤摘要】
一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法。
技术介绍
多环芳烃是煤，石油，木材，烟草，有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，是重要的环境和食品污染物。迄今已发现有200多种PAHs,其中有相当部分具有致癌性，如苯并α芘，苯并α蒽等。PAHs广泛分布于环境中，可以在我们生活的每一个角落发现，任何有有机物加工，废弃，燃烧或使用的地方都有可能产生多环芳烃。当今社会自然水体受到人类制造的一些有毒化学物质的严重污染，这些有强烈毒害作用的化学物质对地球生态系统产生的负面影响引起了人们的广泛关注。据报道，在一些地区的地表水及饮用水源水中能够检测到多环芳烃(PAHs)等持久性有机污染物的存在，严重威胁到了人们的日常生产生活。多环芳烃是一类在环境中难降解的重要的持久性有机污染物，且大多具有“三致作用”，已被世界各国包括我国列为优先控制的环境污染物。生物降解是目前研究者关注最多的多环芳烃降解方法，虽然其拥有费用低、降解彻底等优点，但存在降解效率低、底物与降解菌难以接触等缺点，而有研究表明，采用TiO2光降解可以安全有效地去除水中的PAHs。TiO2是一种N型半导体材料，有较强的氧化性和还原性，凭借其催化活性高、耐热性强、作用时间长、价格便宜等优点倍受人们亲睐，成为最受重视的一种光催化剂。常见的TiO2大多是粉末状，虽然光催化作用强，但其在废水处理过程中常存在分离、回收困难等问题，因而研究怎样将TiO2固定于载体上成为了人们很关注的问题。常见载体主要有:玻璃、陶瓷、活性炭等。采用沸石作为TiO2光催化剂载体也有不少的研究，然而大多数研究都选择天然沸石作为载体，而选用可吸附有机污染物的粉煤灰合成沸石做载体的研究鲜有报道，同时传统的负载方法需通过高温焙烧获得复合光催化剂，设备复杂且耗能较多，因此低温制备TiO2也是近年来TiO2制备中的一个研究热点。有毒难降解有机污染物是当前全球最普遍、最难以治理的污染问题。生活污水可用传统的生物处理法有效地处理，但数百种高毒难降解的化合物不能用生物处理，必须寻找出合适、有效的处理方法。大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等主要有机污染物降解，最终矿化为CO2、H2O，而有机污染物中含有的卤素原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X–、SO42–、PO43–、NH4+、NO3–等离子，达到完全消除有机污染物的目的。二氧化钛稳定性好，不会发生光腐蚀和化学腐蚀，成本低，而且对人体无害。但是，二氧化钛光催化技术存在两个最明显的基本问题：一是带隙能较宽，为3.2eV，因此二氧化钛只能被波长等于或小于387.5纳米的近紫外部分的光所激发，而这部分光只占太阳光的一小部分(小于5％)，从而不能充分利用太阳光。再者，光生电子-空穴对容易复合，在二氧化钛表面上光生电子-空穴对的复合是在小于10–9秒的时间内完成的，因此制备高活性光催化剂的突出问题是如何减少光生电子和空穴的复合几率。还有大量的文献报道了使二氧化钛响应波长向可见光区移动的方法，如金属铬、铁、钒等掺杂，非金属氮、碳、硼等掺杂，碳氮、铁氮、铁铈等共掺杂，表面吸附赤藓红、硫堇等光敏剂等，在文献资料中大多以氧化铈作为研究对象，并浸渍在多孔的载体上制成非均相催化剂。以氧化铈作为研究对象在理论分析上是合理的，但是实用上由于稀土元素分离困难，单一稀土化合物价格高昂，而且混合物中各种元素同样具有催化能力，混合物还可能有加合作用。说明书内容本专利技术解决的技术问题是提供一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法，催化降解效率高，易于操作，能配合其他水处理程序使用。本专利技术的技术方案为：一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法，主要包含以下步骤：(1)粉煤灰预处理及活化：将200-400份粉煤灰原料在研磨设备中至40-60目，放至加有滤纸盖的烧杯中，在130-150℃下干燥5-7h，冷却至室温，得到粉煤灰粗粉，将所述的粉煤灰粗粉与质量分数为18-22％的HCL溶液以料液比为1:10-12混合，在恒温磁力搅拌器下搅拌1-2h，温度为80-85℃，得到混合料液，将所述的混合料液用蒸馏水稀释、抽滤3-10次至中性，干燥8-10h，得到处理活化后的粉煤灰；(2)改性粉煤灰沸石载体的制备：采用微波-超声波-混碱融水热法将粉煤灰改性为沸石，将所述的处理活化后的粉煤灰粉碎至300-400目，与浓度为8-12mol/L的混碱以料液比为1：100ml/g混合，使用微波加热同时搅拌加超声波震荡1.5-2.5h，温度为80-85℃，得到改性粉煤灰，将所述的改性粉煤灰蒸馏水稀释、抽滤3-10次至中性，烘干后在陈化釜内陈化12-24h，100-140℃下晶化7-9h，得到改性粉煤灰沸石；(3)混合稀土掺杂TiO2光催化剂的制备：将所述的P型粉煤灰沸石粉碎至300-400目，以50-70份钛酸酯为前驱物，加入40-60份冰醋酸、8-10份浓硝酸、120-240份醇溶液，使用磁力搅拌器混合搅拌30-40min，搅拌速度为800-900r/min，得到溶胶溶液，将150-200份所述的P型粉煤灰沸石加入所述溶胶溶液中，以500-600r/min速度搅拌2-2.5h，得到凝胶混合物，加载回流装置，在80-85℃恒温水浴中继续搅拌，用酸式滴定管将混合稀土盐/醇溶液从回流管顶部缓慢加入所述的凝胶混合物中，继续搅拌至磁力搅拌子受阻自动停下，取下回流装置，在80-85℃恒温水浴中放置1-2h，挥发掉乙醇，在100-110℃下干燥20-24h，粉碎至200-300目，即得到混合稀土掺杂TiO2光催化剂；(4)光催化剂吸附降解蒽：将含有蒽的水引流入自制光反应装置中，以料液比为1:200-600加入所述混合稀土掺杂TiO2光催化剂，搅拌5-15min，静置吸附30-40min，开启自制光反应装置中的光照灯源进行催化降解20-60min；(5)蒽光解效果分析测试：将光学反应降解后的水样离心，取上清液进行液液萃取、旋蒸、氮吹等一系列的预处理，最后用GC-MS测定蒽的浓度。进一步的，步骤(2)所述的混碱为分析纯NaOH和KOH，配比关系为NaOH：KOH＝1:0.5-1，加入KOH可以降低结晶速度，提高成核稳定性。进一步的，步骤(2)所述的改性粉煤灰沸石为P型沸石结构，P型沸石比表面积相较于一般沸石更大，孔隙结构稳定，不易坍塌，具有优良的吸附能力。进一步的，步骤(3)所述的钛酸酯为钛酸丁酯或钛酸异丙酯。进一步的，步骤(3)所述醇溶液为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或两种的混合物。进一步的，步骤(3)所述的混合稀土盐是从不含放射性的稀土矿石渣中提炼出来的稀土氧化物与硝酸的产物，所述的稀土氧化物为镧系元素氧化物，其中铈元素含量不小于40％，由于稀土元素分离困难，单一稀土化合物价格高昂，而且混合物中各种元素同样具有催化能力，混合物还会起到加合作用。进一步的，步骤(4)所述的光照灯源为疝灯，光照强度为0.7-1.1mW/m2，波长为350-450nm，相较与紫外线灯，疝灯光源更加接近太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO

【技术特征摘要】
1.一种改性粉煤灰沸石负载混合稀土掺杂TiO2催化降解去除蒽的方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)粉煤灰预处理及活化：将200-400份粉煤灰原料在研磨设备中至40-60目，放至加有滤纸盖的容量桶中，在130-150℃下干燥5-7h，冷却至室温，得到粉煤灰粗粉，将所述的粉煤灰粗粉与质量分数为18-22％的HCL溶液以料液比为1:10-12混合，在恒温磁力搅拌器下搅拌1-2h，温度为80-85℃，得到混合料液，将所述的混合料液用蒸馏水稀释、抽滤3-10次至中性，干燥8-10h，得到处理活化后的粉煤灰；(2)改性粉煤灰沸石载体的制备：采用微波-超声波-混碱融水热法将粉煤灰改性为沸石，将所述的处理活化后的粉煤灰粉碎至300-400目，与浓度为8-12mol/L的混碱以料液比为1：100ml/g混合，使用微波加热同时搅拌加超声波震荡1.5-2.5h，温度为80-85℃，得到改性粉煤灰，将所述的改性粉煤灰蒸馏水稀释、抽滤3-10次至中性，烘干后在陈化釜内陈化12-24h，100-140℃下晶化7-9h，得到改性粉煤灰沸石载体；(3)混合稀土掺杂TiO2光催化剂的制备：将所述的改性粉煤灰沸石载体粉碎至300-400目，以50-70份钛酸酯为前驱物，加入40-60份冰醋酸、8-10份浓硝酸、120-240份醇溶液，使用磁力搅拌器混合搅拌30-40min，搅拌速度为800-900r/min，得到溶胶溶液，将150-200份所述的P型粉煤灰沸石加入所述溶胶溶液中，以500-600r/min速度搅拌2-2.5h，得到凝胶混合物，加载回流装置，在80-85℃恒温水浴中继续搅拌，用酸式滴定管将混合稀土盐/醇溶液从回流管顶部缓慢加入所述的凝胶混合物中，继续搅拌至磁力搅拌子受阻自动停下，取下回流装置，在80-85℃恒温水浴中放置1-2h，挥发掉乙醇，在100-110℃下干燥20-24h，粉碎至200-300目，即得到混合稀土掺杂TiO2光催化剂；(4)光催化剂吸附降解蒽：将含有蒽的水引流入自制光反应装置中，以料液比为1:200-600加入所述混合稀土掺杂TiO2光催化剂，搅拌5-15min，静置吸附30-40min，开启自制光反应装置中的光照灯源进行催...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆其金，谌建宇，庞志华，刘立，魏东洋，王振兴，刘钢，黎京士，罗隽，
申请(专利权)人：环境保护部华南环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44