一种光催化剂及其制备方法技术

一种光催化剂及其制备方法，属于环境催化领域，现有光催化降解多环芳烃中存在的可见光下催化效果不佳、需要专门的装置以及回收不方便的问题，本发明专利技术将具有光催化活性的多核过渡金属铁氰化物负载于中空玻璃微珠上，组成了可悬浮或漂浮于废水，在可见光照射下具有催化活性，易于回收的光催化剂。在可见光照射下，该催化剂在24小时内可将水中10ppm芴降解71%。本发明专利技术不需要专门的光催化装置，可以直接在废水环境中使用，降解效果好，并易于回收。

A photocatalyst and its preparation method

A photocatalyst and its preparation method belong to the field of environmental catalysis. The existing photocatalytic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons has the problems of poor catalytic effect under visible light, requiring special devices and inconvenient recovery. The present invention loads polynuclear transition metal ferricyanide with photocatalytic activity on hollow glass beads, and forms suspensible or floating wastewater in visible light. Photocatalysts with catalytic activity and easy recovery under irradiation. Under visible light irradiation, the catalyst can degrade 10 ppm fluorene in water by 71% within 24 hours. The invention does not need a special photocatalytic device and can be directly used in the wastewater environment with good degradation effect and easy recovery.

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂及其制备方法
本专利技术属于环境催化领域，具体涉及一种光催化剂及其制备方法。
技术介绍
多环芳烃是一类分子中含有两个或两个以上芳香环的有机化合物，具有来源广泛，毒性大，难降解的特点，现已成为环境保护中重点关注的污染物之一。目前，水体中多环芳烃的处理方法主要有光催化降解、物理吸附收集、微生物降解、氧化分解等方法。光催化具有能耗少，实施简便等特点，因而光催化降解多环芳烃得到了广泛的关注。光催化剂活性组成多为TiO2、ZnO2等氧化物，并可通过稀土元素、贵金属元素、氮碳等非金属元素参杂等方式，提高催化剂的光催化活性。然而，现有光催化剂往往存在以下缺点：1.可见光下催化效果不佳，往往需要紫外光下才可显示出较好的催化活性；2.反应需要透光管道、透光层板等专门装置，以便水体能在较高透光度下进行催化降解；3.催化剂回收不方便，需要过滤、沉降收集，或更换整个催化床层。
技术实现思路
本专利技术针对现有光催化降解多环芳烃中存在的可见光下催化效果不佳、需要专门的装置以及回收不方便的问题，提供一种光催化剂及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种光催化剂，以玻璃微珠为载体，包覆SiO2、TiO2和Ti-Fe氰化配合物，可悬浮或漂浮于废水，在可见光下具有催化活性。一种光催化剂的制备方法，包括如下步骤：第一步，将玻璃微珠和氨水依次加入到乙醇中，随后25℃下加入正硅酸乙酯，反应4~12小时，得到混合物A；第二步，向第一步中的混合物A中加入钛酸丁酯，50~70℃下，反应4~12h，得到混合溶液A；第三步，过滤第二步中的混合溶液A，将过滤后的玻璃微珠分散于乙醇和水的混合溶液中，得到混合物B；第四步，将K4[Fe(CN)6]水溶液和TiCl3水溶液逐滴加入到第三步的混合物B中，滴加时间1-2小时，得到混合物C；第五步，第四步中的混合物C在25℃下反应24h，过滤，干燥后，得到降解废水中多环芳烃的光催化剂。进一步地，第一步中所述玻璃微珠与乙醇的质量体积比为10g/L，氨水的浓度为14mol/L，氨水与乙醇的体积比为0.01~1，正硅酸乙酯和玻璃微珠的质量比为0.05~2。进一步地，第二步中所述钛酸丁酯和玻璃微珠的质量比为0.05~2。进一步地，第三步中乙醇和水的体积比为1~4，混合溶液的体积为第一步中乙醇的体积的0.2~0.5。进一步地，第四步中所述K4[Fe(CN)6]水溶液浓度为0.01mol/L，加入体积数为第一步中乙醇体积的0.1~1；TiCl3水溶液浓度为0.01mol/L；加入体积数为第一步中乙醇体积的0.1~1。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用玻璃微珠为载体。玻璃微珠的空心结构使催化剂可以漂浮或悬浮于水体中，克服了常见光催化剂需要透明反应装置的缺陷，在日光照射下即可显示良好的光催化活性。该漂浮或悬浮在废水中的催化剂可通过滤网收集，避免了常规催化剂会沉降到水底，与泥污混合后难以分离收集的问题。本专利技术在玻璃微珠表面包覆了SiO2、TiO2层，并将Ti-Fe氰化配合物沉积在SiO2、TiO2层上，在玻璃微珠表面上形成了牢固的Ti-Fe氰化配合物、TiO2、SiO2复合层，可以降低催化剂在实施过程中因摩擦、碰撞导致的活性组分流失。本专利技术中以Ti-Fe氰化配合物为光催化活性组分，TiO2起到协同催化作用。上述组成使本专利技术的光催化剂具有可见光下的多环芳烃催化降解活性。该催化剂在24小时内可将水中10ppm芴降解71%。具体实施方式实施例1将1g玻璃微珠加入到100mL乙醇中，加入14mol/L氨水10mL，混合均匀；25℃下加入正硅酸乙酯0.2g，反应12小时；加入钛酸丁酯0.2g，50℃反应12小时；过滤得到的玻璃微珠，并将其分散于由15mL乙醇与15mL水构成的混合溶液中；将50mL的0.01mol/L的K4[Fe(CN)6]水溶液和50mL的0.01mol/L的TiCl3水溶液逐滴加入，25℃下反应24小时；过滤，干燥后即得本专利技术所述的一种降解废水中多环芳烃的光催化剂。将1g上述光催化剂加入到100mL浓度为10ppm的芴水溶液中（四方形玻璃池：长10cm×宽10cm×高5cm）；用500W氙灯（配紫外滤波片，λ≥420nm）为光源；24小时后可以降解溶液中71%的芴。实施例2将1g玻璃微珠加入到100mL乙醇中，加入14mol/L氨水5mL，混合均匀；25℃下加入正硅酸乙酯0.1g，反应12小时；加入钛酸丁酯0.1g，50℃反应12小时；过滤得到的玻璃微珠，并将其分散于由40mL乙醇与10mL水构成的混合溶液中；将60mL的0.01mol/L的K4[Fe(CN)6]水溶液和60mL的0.01mol/L的TiCl3水溶液逐滴加入，25℃下反应24小时；过滤，干燥后即得本专利技术所述的一种降解废水中多环芳烃的光催化剂。将1g上述光催化剂加入到100mL浓度为10ppm的芴水溶液中（四方形玻璃池：长10cm×宽10cm×高5cm）；用500W氙灯（配紫外滤波片，λ≥420nm）为光源；24小时后可以降解溶液中61%的芴。实施例3将1g玻璃微珠加入到100mL乙醇中，加入14mol/L氨水1mL，混合均匀；25℃下加入正硅酸乙酯0.05g，反应4小时；加入钛酸丁酯0.1g，70℃反应8小时；过滤得到的玻璃微珠，并将其分散于由15mL乙醇与5mL水构成的混合溶液中；将100mL的0.01mol/L的K4[Fe(CN)6]水溶液和100mL的0.01mol/L的TiCl3水溶液逐滴加入，25℃下反应24小时；过滤，干燥后即得本专利技术所述的一种降解废水中多环芳烃的光催化剂。将1g上述光催化剂加入到100mL浓度为10ppm的芴水溶液中（四方形玻璃池：长10cm×宽10cm×高5cm）；用500W氙灯（配紫外滤波片，λ≥420nm）为光源；24小时后可以降解溶液中65%的芴。实施例4将1g玻璃微珠加入到100mL乙醇中，加入14mol/L氨水5mL，混合均匀；25℃下加入正硅酸乙酯0.1g，反应8小时；加入钛酸丁酯0.2g，70℃反应12小时；过滤得到的玻璃微珠，并将其分散于由25mL乙醇与25mL水构成的混合溶液中；将50mL的0.01mol/L的K4[Fe(CN)6]水溶液和50mL的0.01mol/L的TiCl3水溶液逐滴加入，25℃下反应24小时；过滤，干燥后即得本专利技术所述的一种降解废水中多环芳烃的光催化剂。将1g上述光催化剂加入到100mL浓度为10ppm的芴水溶液中（四方形玻璃池：长10cm×宽10cm×高5cm）；用500W氙灯（配紫外滤波片，λ≥420nm）为光源；24小时后可以降解溶液中66%的芴。实施例5将1g玻璃微珠加入到100mL乙醇中，加入14mol/L氨水2mL，混合均匀；25℃下加入正硅酸乙酯0.2g，反应12小时；加入钛酸丁酯0.05g，60℃反应4小时；过滤得到的玻璃微珠，并将其分散于由20mL乙醇与5mL水构成的混合溶液中；将10mL的0.01mol/L的K4[Fe(CN)6]水溶液和10mL的0.01mol/L的TiCl3水溶液逐滴加入，25℃下反应24小时；过滤，干燥后即得本专利技术所述的一种降解废水中多环芳烃的光催化剂。将1g上述光催化剂加入到100mL浓度为10ppm的芴水溶液中（四方形玻璃池：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化剂，其特征在于：光催化剂以玻璃微珠为载体，包覆SiO2、TiO2和Ti‑Fe氰化配合物，可悬浮或漂浮于废水，在可见光下具有催化活性。

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂，其特征在于：光催化剂以玻璃微珠为载体，包覆SiO2、TiO2和Ti-Fe氰化配合物，可悬浮或漂浮于废水，在可见光下具有催化活性。2.一种如权利要求1所述的光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，将玻璃微珠和氨水依次加入到乙醇中，随后25℃下加入正硅酸乙酯，反应4~12小时，得到混合物A；第二步，向第一步中的混合物A中加入钛酸丁酯，50~70℃下，反应4~12h，得到混合溶液A；第三步，过滤第二步中的混合溶液A，将过滤后的玻璃微珠分散于乙醇和水的混合溶液中，得到混合物B；第四步，将K4[Fe(CN)6]水溶液和TiCl3水溶液逐滴加入到第三步的混合物B中，滴加时间1-2小时，得到混合物C；第五步，第四步中的混合物C在25℃下反应24h，过滤，干燥后，得到降解废水中多环芳烃的光催化剂。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张越，宋念泽，白雪丽，赵江红，赵永祥，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14