一种复合异质结光催化剂的制备方法及应用技术

一种复合异质结光催化剂的制备方法及应用，属于资源利用及环境净化领域。高铁赤泥70‑95份，生物质类还原剂5‑30份，将高铁赤泥和还原剂混合均匀并在0.5‑3MPa的压力下成型；所得混合物煅烧处理，温度为200‑400℃；最后取出混合物并研磨过筛，即得该光催化剂。本发明专利技术采用生物质热解的方式将高铁赤泥中Fe

【技术实现步骤摘要】
一种复合异质结光催化剂的制备方法及应用
本专利技术属于工业固体废物资源化利用及环境净化
，具体涉及一种自洁净高电导率易回收的复合异质结光催化剂及其制备方法。
技术介绍
高铁赤泥是拜耳法生产氧化铝过程中排放的一种强碱性工业固废。随着氧化铝工业的发展，高铁赤泥的排放量日益增加，2018年我国高铁赤泥排放量已超过4000万吨，但其资源化利用率仅4％左右。高铁赤泥以露天堆放或筑坝堆存的方式处置，此方式不仅占用了大量的土地，而且对环境造成了严重的污染。因此，如何提升高铁赤泥的资源化利用率及扩宽其利用途径成为了制约氧化铝企业发展的瓶颈。与此同时，随着化工、印染和医药等行业的飞速发展，相关企业排放大量含有机污染物的工业废水。有机污染物不仅毒性高且不易被生物降解或消除，在水体中半衰期长、分散广，可由食物链传递、迁移进入人体，易造成癌变或畸形。近年来，光催化技术因其能利用太阳能来处理环境中的污染物质而备受关注。光催化降解是通过光催化剂在适当波长的光照射下产生活性物质，这些活性物质通过氧化溶解在水中的有机物，将有机污染物分解为CO2、H2O或毒性较低的化合物。该方法操作简便、反应条件温和、降解效率高、节能环保，已被国内外专家学者认为是净化有机污染物废水的有效技术途径之一。但光催化降解有机物核心难题在于如何设计高效、廉价、稳定的光催化材料及提高光催化剂降解有机污染物后的回收利用率。高铁赤泥中Fe2O3、TiO2、SiO2和Al2O3含量较高，可作为一种光催化剂在可见光的照射下对水中有机污染物进行降解。如专利CN201910347426.7公开了一种利用三聚氰胺为C3N4的前驱体，将其与赤泥混合并在500-600℃下煅烧2-4小时，经研磨25-35分钟后得到赤泥/C3N4复合光催化剂。专利CN201710265875.8公开了一种赤泥活化改性的方法及应用，包括利用酸改性赤泥，并与TiO2前驱体、水在30-90℃下混合2-10小时，在通过洗涤烘干过程，最后在300-600℃下焙烧2-4小时；得到改性赤泥。专利CN201610655236.8公开了一种制备新型二氧化钛光催化剂的方法，包括TiO2粉体100份、蓖麻油硫酸钠8-12份、赤泥10-15份、铈盐0.5-1.5份和海藻粉5-10份。上述专利均为利用赤泥制备光催化剂或光催化剂载体的技术，但受催化剂无磁性、电导率低及吸附性能差等影响，目前并不能有效的回收。同时，光催化效率低且降解有机污染物的过程可能存在二次污染，加之再利用的加工工艺复杂、能耗高、不环保、成本高，导致赤泥制备光催化剂并不能得到推广和广泛的应用。综上所述，目前急需研发一种利用高铁赤泥制备自洁净高电导率易回收的光催化剂，且加工工艺简单、绿色环保、能耗低、成本低的方法。
技术实现思路
为克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的第一个目的在于提供一种利用高铁赤泥制备复合异质结光催化剂，生物质类还原剂把高铁赤泥中部分Fe2O3转变为带磁性的Fe3O4，使该催化剂具有磁性便于回收再利用，同时生物质的热解产物碳可附着于高铁赤泥颗粒表面，提高其比表面积和孔隙率，从而增加该催化剂的吸附和导电性能，提高有机污染物降解率的同时可将降解不完全的低分子有机污染物吸附至催化剂表面进行再次降解，防止产生二次污染，达到自洁净的目的。本专利技术的第二个目的在于利用还原性的热解产物和高铁赤泥的碱的协同作用使高铁赤泥中矿物的物相发生转变，转变过程中Fe2O3和TiO2结合生成异质结，进一步提升催化剂在可见光下的光催化活性。更重要的是本专利技术的第一个目的和第二个目的在加热过程中同时实现，达到了一个步骤两个目的。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种复合异质结光催化剂的制备方法，所述催化剂具有自洁净高电导率易回收的特征，所述光催化剂原料及其制备方法包括：高铁赤泥70-95份，生物质类还原剂5-30份，将二者烘干后混合均匀并研磨至0-200目，通过0.5-3MPa的压力成型制得混合物块体，然后将块体放入坩埚后在200-400℃下煅烧10-40分钟并保温10-30分钟，自然冷却后将块体取出并研磨至0-200目，即得到复合异质结光催化剂。优选的，所述光催化剂包括以下重量份数的原料：高铁赤泥80-90份，生物质类还原剂10-20份。优选的，所述的高铁赤泥中Fe2O3含量为30％-50％，TiO2含量为2％-8％。所述的生物质类还原剂为包含纤维素、半纤维素、木质素的物质至少一种，例如秸秆、木材、树叶及纤维等。优选的，所述成型压力为0.8-2.5MPa。优选的，所述煅烧温度在250-350℃。优选的，所述煅烧时间15-35分钟。优选的，所述保温时间15-25分钟。优选的，所述研磨的粒径为0-180目。优选的，所述光催化剂包括以下重量份数的原料：高铁赤泥80-90份，生物质类还原剂10-20份。本专利技术还提供了一种自洁净高电导率易回收的复合异质结光催化剂的应用，用于降解水中的染料及药物等有机污染物，属于工业固体废物资源化利用及环境净化
本专利技术的有益效果是：高铁赤泥是拜耳法生产氧化铝过程中排放的强碱性工业固废，采用的生物质类还原剂为一些包含纤维素、半纤维素及木质素常见的物质，例如秸秆、木材、树叶及纤维等。自洁净高电导率易回收的复合异质结光催化剂相比于未处理赤泥，光催化活性高，在可见光条件下可快速降解水中的亚甲基蓝及四环素等有机污染物，无需中和、酸浸、高温煅烧及与稀贵金属复合等工艺。由于复合异质结光催化剂具有磁性，利用它降解有机污染物后可通过简单的磁分离方法把该催化剂从水中分离出来，无需过滤、操作简便、回收率高且可重复循环使用。此外，生物质类还原剂的热解产物碳附着于高铁赤泥颗粒表面，极大的增加了改催化剂的比表面积和孔隙率，使该催化剂表面具有较多的活性点位，提升了该催化剂的吸附能力和电导率，这不仅可提高有机污染物降解率，也可进一步使降解不完全的低分子有机污染物再次降解，防止产生二次污染，达到自洁净的目的。同时利用热解产物和高铁赤泥的碱的协同作用使高铁赤泥中矿物的物相发生转变，转变过程中Fe2O3和TiO2结合生成异质结，可有效提高催化剂的催化效率。本专利技术所用原料充足且经济可行。复合异质结光催化剂具有较高的稳定性，不会造成二次污染。附图说明图1为本专利技术使用的高铁赤泥的微观形貌。图2为本专利技术制备的复合异质结光催化剂的微观形貌。图3为本专利技术制备的复合异质结光催化剂降解有机污染物的机理。图4为复合异质结光催化剂降解过程及降解后通过磁分离将其从水中分离。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不局限于说明书上的内容。若无特别说明，实施例中所述“份”均为重量份。本专利技术实施例中采用的高铁赤泥来自山西华兴铝业有限公司，生物质类还原剂为玉米杆、竹粉等，来自玉米的秸秆及废竹竿的回收。高铁赤泥的主要化学成分的含量经X射线荧光光谱分析(仪器型号：XRF-1800)，结果如表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，催化剂具有自洁净高电导率易回收的特征，所述光催化剂原料及其制备方法包括：高铁赤泥70-95份，生物质类还原剂5-30份，将二者烘干后混合均匀并研磨至0-200目，通过0.5-3MPa的压力成型制得混合物块体，然后将块体放入坩埚后在200-400℃下煅烧10-40分钟并保温10-30分钟，自然冷却后将块体取出并研磨至0-200目，即得到复合异质结光催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，催化剂具有自洁净高电导率易回收的特征，所述光催化剂原料及其制备方法包括：高铁赤泥70-95份，生物质类还原剂5-30份，将二者烘干后混合均匀并研磨至0-200目，通过0.5-3MPa的压力成型制得混合物块体，然后将块体放入坩埚后在200-400℃下煅烧10-40分钟并保温10-30分钟，自然冷却后将块体取出并研磨至0-200目，即得到复合异质结光催化剂。


2.如权利要求1所述的复合异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述光催化剂包括以下重量份数的原料：高铁赤泥80-90份，生物质类还原剂10-20份。


3.如权利要求1所述的复合异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的高铁赤泥中Fe2O3含量为20％-60％，TiO2含量为1％-10％。


4.如权利要求1所述的复合异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的生物质类还原剂为包含纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓明，王亚光，张未，任咏玉，李泽鹏，李勇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11