太阳光催化高效降解丙烯腈废水用FSBi掺杂TiO制造技术

太阳光催化高效降解丙烯腈废水用FSBi掺杂TiO

【技术实现步骤摘要】
太阳光催化高效降解丙烯腈废水用FSBi掺杂TiO2/SiO2催化剂的制备及使用
本专利技术涉及一种丙烯腈实际废水光催化降解用复合氧化物催化剂，具体的说，涉及水相中光催化降解丙烯腈实际废水用二氧化硅作为担载氟、硫、铋共掺改性的二氧化钛的光催化剂制备方法，属于环保

技术介绍
丙烯腈(acrylonitrile，CH2＝CH-CN，简称AN)是合成ABS工业塑料、腈纶纤维、丁腈橡胶、和树脂的单体，是应用广泛的重要化工原料。在生产、使用过程中，丙烯腈带来的各种环境污染问题日益凸显，且在我国发布的优先控制的有毒化学品名录中位列第四，它毒性强、难降解、残留时间长。丙烯腈废水不仅破坏水体生态系统，并且对人类的健康有极大隐患。然而鉴于市场对丙烯腈有着很大的需求，短时间内无法规避丙烯腈的应用，高效处理丙烯腈废水的方案亟需提出。目前，处理丙烯腈的方法主要还是吸附法，焚烧法，循环活性污泥法等。以上方法不仅成本高，而且去除亦不充分，对工作条件要求苛刻，难以实现对丙烯腈废水污染的有效控制。，丙烯腈废水中最难处理的污染物是聚合物。它主要来自于腈类物质的低分子聚合物或共聚物。这些聚合物在水中一般以胶体态或溶解态形式存在，难以水解并被微生物利用，无法得到有效去除，因此丙烯腈生产废水属于公认的难降解高浓度有机废水。光催化剂氧化是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成电子空穴对，对吸附于表面的污染物直接进行氧化还原，生成强氧化性的氢氧自由基，将污染物氧化。非均相光催化应用到水处理中有以下独特的优势：能完全有机物和降解的中间产物完全矿化，并且不产生二次污染；降低的操作成本。高活性的氧化物种的产生有利于TiO2表面光生电子和空穴的分离，并高效的矿化有机污染物。到目前为止，将TiO2光催化剂应用到水处理领域中仍然面临很多问题和挑战，如何将处理过的废水中的TiO2分离是一大障碍，催化剂在实际条件复杂的污水中的团聚现象也会大大降低其活性，光催化剂本身的光响应范围和光生电子、空穴的复合问题，光催化反应器的研究也尚处于起步阶段。TiO2的光催化活性可以通过添加硅胶来增加其比表面积而获得提高。近年来，很多文献报道了二氧化钛的负载方式，例如活性碳负载TiO2，分子筛负载TiO2，玻璃珠负载TiO2，二氧化硅负载TiO2。利用载体吸附特性可以提高催化剂对降解污染物的矿化能力。负载后催化剂的活性与无负载的二氧化钛的活性相比有较大的提高，这是因为二氧化钛与载体之间能够形成协同效应。其中二氧化硅由于吸附性能好，比表面积较大。二氧化硅负载TiO2是一种性能优良的负载型催化剂，此种催化剂既有二氧化硅的热稳定性和机械稳定性，并且是光的透明体，可以减少光的散射，从而能够有效提高催化剂的降解性能。加入SiO2能有效地控制TiO2的晶体颗粒长大，有效的抑制催化剂的团聚现象，使催化剂获得较小的粒径和较高的比表面积。负载在硅胶上的TiO2还会与二氧化硅发生界面扩散，形成Si-O-Ti键。Si-O-Ti键的形成可以抑制锐钛型的TiO2向金红石型的TiO2转变。金亮等人发现现纳米二氧化钛在开放的反应器中，在充足稳定的光照条件下，能够有效降解配水中的丙烯腈。PangD.D等人发现以HF为F源，经F掺杂SiO2负载的TiO2复合光催化剂表现出最高的降解丙烯腈的活性。原位红外与NH3-TPD的结果则显示F掺杂提高了SiO2负载的TiO2复合光催化剂的表面酸位数量和酸强度。当HF与Ti的摩尔比为1∶1且TiO2的负载量为36％时，在模拟太阳光的照射下，6min丙烯腈的去除率可达到66％。利用非金属元素掺杂改性提高TiO2活性的一个的优点是能够在拓展TiO2可见光催化活性的同时又不影响到催化剂紫外光的催化活性。目前通过多种催化剂制作方法已经研究合成了F、C、S、P、B、N等非金属掺杂TiO2。此外，众所周知，催化剂的粒径、形状、组成和晶相强烈影响着TiO2的光催化性能。在各种形态中，球形TiO2颗粒有较好的稳定性，单层性。Pan等报道了单层分散的介孔F掺杂TiO2在染料降解中具有优异的光收集性能而具有较好的光催化活性。HF不仅能作为氟源的掺杂前驱体，而且由于其刻蚀性而使其具有形态控制功能。也有报道称F掺杂可以减少光致电子和空穴的重组从而提高光催化性能。另外一个有效增加催化及活性的途径是增加其表面酸性位点的数量。已经证实光催化活性随着催化剂表面酸性位点的增多而增强。Cui等1995年报道称可以通过金属氧化物掺杂TiO2来增加其表面酸性和光催化活性。Wang等2006年报道称不定型TiO2和硫化合物在高温下可以合成硫掺杂TiO2，具有酸性位点可以作为光催化剂。然而很少有人报道用酸性催化剂来光催化降解丙烯腈。辛亚等报道了Bi元素在TiO2纳米颗粒中以Bi2O3的形式存在，Bi、S共掺杂未能改变TiO2的锐钛矿结构。Bi掺杂后，通过形成Bi-O-Ti键在TiO2禁带中产生了杂质能级，降低了纳米材料的禁带宽度，从而提高了光吸收效率。
技术实现思路
上述光催化过程都是在配水中进行的，由于实际废水大量存在其它干扰离子，有机物成分也非常复杂，为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供高效可重复使用的光催化降解丙烯腈实际废水的光催化剂，以100-200目的二氧化硅为分散剂，以氟化氢、硝酸铋和硫脲作为掺杂前驱体，制备得到具有介孔结构的大比表面积的催化剂，该催化剂中F、S和Bi的复合掺杂提高了催化剂表面的酸性强度和光吸收的能力，这提高光催化活性及抗干扰能力。本专利技术的目的还在于提供上述丙烯腈实际废水光催化降解的催化剂的制备方法，利用溶胶凝胶法制备得到二氧化硅分散氟、硫、铋掺杂的二氧化钛复合氧化物催化剂。本专利技术的专利技术人通过研究发现，F掺杂TiO2催化剂对丙烯腈实际废水降解表现出了很出色的效果，且该催化剂与有机物的暗吸附量相比P25也有很大的提高，分析表明在催化剂表面的酸性中心和丙烯腈废水有机物中的孤对电子之间存在着吸附作用。为了进一步提高催化剂的光催化活性，本专利技术所提供的复合氧化物催化剂采用氟、硫、铋共掺杂在用溶胶凝胶法制备过程中，将氟化氢、硝酸铋和硫脲溶液作为掺杂前驱体中加入到催化剂中，进而高温煅烧而成氟掺杂催化剂，其具有较多的表面酸性位点。特别是硅胶的加入所形成凸凹不平超细纳米粒子的表观形貌和孔结构造成的光散射，有利于光吸收，这对光催化活性的提高起了重要的作用。可以大大提高其光催化活性。本专利技术还提供了上述复合氧化物光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：在11-15mL无水乙醇中逐滴滴加1-7ml的钛酸丁酯与之混合，得到澄清溶液即为溶液A。在100mL烧杯中依次加入11-31mL无水乙醇，0.5-2mL去离子水，2.2-5.2mL冰醋酸，14-34mg硫脲，39-59mg五水硝酸铋和0.4-1.4mL氢氟酸，超声2min后即为溶液B。将B溶液逐滴加入到A溶液中，密封搅拌1-3h，形成均匀的油状溶胶，继续搅拌一段时间待形成油状的溶胶后加入100-200目二氧化硅直至形成凝胶。将上述凝胶放在室温环境下老化8-12h左右，然后在80-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.降解丙烯腈实际废水用F、S、Bi复合氧化物催化剂，是以100-200目的二氧化硅为载体担载氟、硫、铋同时存在共掺改性得到的TiO

【技术特征摘要】
1.降解丙烯腈实际废水用F、S、Bi复合氧化物催化剂，是以100-200目的二氧化硅为载体担载氟、硫、铋同时存在共掺改性得到的TiO2催化剂，氟化氢、硝酸铋和硫脲作为掺杂物前驱体。


2.如权利1要求所述的复合氧化物催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、在11-15mL无水乙醇中逐滴滴加1-7mL的钛酸丁酯与之混合，得到澄清溶液即为溶液A，
步骤2、在100mL烧杯中依次加入11-31mL无水乙醇，0.5-2mL去离子水，2.2-5.2mL冰醋酸，14-34mg硫脲，39-59mg五水硝酸铋和0.4L-1.4mL氢氟酸，超声2min后即为溶液B。
步骤3、将B溶液逐滴加入到A溶液中，密封搅拌1-3h，形成均匀的油状溶胶，继续搅拌一段时间待形成油状的溶胶后加入100目-300目二氧化硅直至形成凝胶。
步骤4、将上述凝胶放在室温环境下老化8-12h左右，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳峰，王韫，戴方为，
申请(专利权)人：欧阳峰，王韫，戴方为，
类型：发明
国别省市：广东;44