一种高炉灰渣光催化材料的制备方法及其废水处理应用技术

本发明专利技术涉光催化剂领域，具体涉及一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，包括将含钛高炉灰渣洗后烘干，破碎后过筛，将含酸性氧化物的第二组分破碎过筛与高炉灰渣混合，混合物在高温炉内升温加热至1200

【技术实现步骤摘要】
一种高炉灰渣光催化材料的制备方法及其废水处理应用


[0001]本专利技术涉光催化剂领域，具体涉及一种高炉灰渣光催化材料的制备方法及其废水处理应用。

技术介绍

[0002]含钛高炉渣是钒钛磁铁矿经磨矿、选矿形成铁精矿后，与燃料和熔剂混合后经烧结、冶炼生成的高炉渣。含钛高炉渣一般由硅、钙、镁、铝、钛、铁和钒等元素的复合矿物盐的形式组成。根据高炉渣中钛含量的高低主要可分为三种：低钛渣(TiO2<10％)，中钛渣(TiO2约10～15％)和高钛渣(TiO2约24％)。在我国，这三种含钛高炉渣均有产出。
[0003]TiO2是一种优良的半导体材料，近年来被广泛地应用在光催化、太阳能电池和环境污染治理等领域。相对于传统的污水处理技术，以TiO2为污水处理光催化剂的污水处理技术可以将污水中的有机颜料分解成没有二次污染的CO2、 H2O等无机物小分子，而且效率更佳。另外，TiO2本身具有较强的抗氧化能力、耐腐蚀性、化学稳定性、对有机污染物无选择性以及对人体无害等众多优点。因此将富含TiO2的高炉灰渣制备成为光催化材料，用于废水处理具有很大的优势。
[0004]在专利CN102069001A中公开了一种以高炉渣为原料的光催化剂制备工艺，将高炉渣和混合酸在高压反应釜内酸解，冷却后取上清液和底部胶体为水热反应前驱物；然后将水热反应前驱物调节pH值后移入高压反应釜内反应，冷却后过滤，用蒸馏水洗涤，所得滤渣烘干、研磨，解决了现有炉渣制备光催化剂耗时长、污染环境、生产效率低、反应可控性不好的问题，所得的产物为粉末状的光催化剂。
[0005]专利CN101879442A中公开了炉钛矿渣制备具有光催化性能的钛硅铝溶胶的方法，其将矿渣制得矿渣粉，与碱混合球磨，经过煅烧粉磨溶出离子交换调节pH值过程后得到溶胶状的光催化材料。
[0006]上述的专利，虽然能起到光催化作用，但是粉态材料以及胶状材料存在在溶液中容易凝聚沉降从而造成光催化活性降低以及回收困难、损失率较高等问题，不利于应用。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种基于高炉灰渣光催化材料的制备方法，最终形成具有光催化特性的絮状物，在用于水处理过程中，具有损失率低的优点。
[0008]本专利技术的一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，包括如下工序的步骤：
[0009](1)、将含钛高炉灰渣洗后烘干，破碎后过筛，作为第一组分：
[0010](2)、将含二氧化硅和氧化铝组成的酸性氧化物的第二组分破碎过筛，其中酸性氧化物占比在40％及以上；
[0011](3)、将第一组分和第二组分混合均匀，两者混合比例按重量份计在 (0.5
‑
2)：1，并在其中添加碳酸钠、五氧化二磷或氧化钙中的一种或多种混合物作为添加剂，添加剂的
重量占第一组分、第二组分与添加剂总重量的1％
‑
5％；
[0012](4)、将步骤(3)中的混合物在高温炉内升温加热至1200
‑
1600℃，使其形成均匀玻璃液，在离心的状态下进行高速喷吹，形成絮状光催化材料。
[0013]进一步，步骤(1)中采用的高炉灰渣含还有至少1％的Fe2O3；还包括步骤(5)：将成型的絮状光催化材料浸没于过氧化氢溶液中，并通过超声波震荡，在絮状光催化材料的纤维表面形成多孔结构。
[0014]进一步，絮状光催化材料的纤维直径为5
‑
25μm。
[0015]进一步，所述的絮状光催化材料的纤维长度为5
‑
200mm。
[0016]进一步，所述第二组分为含有二氧化硅和/或氧化铝的天然矿石中的一种或多种混合物。
[0017]进一步，第一组分与第二组分的粒径均在0.2
‑
1.5mm之间。
[0018]本申请还公开了上述高炉灰渣光催化材料在废水处理中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，通过混合高炉灰渣与酸性氧化物，在添加有添加剂的情况下进行升温加热，在混合物成为玻璃液时，通过离心喷吹，形成絮状材料，制备过程中规避了对酸碱的使用，环境友好，生产成本低，反应可控，絮状材料相比于传统粉末态或溶胶状的光催化材料，具有易于使用，回收容易，损失率低的优点。
[0020]本专利技术还公开了高炉灰渣光催化材料在废水处理领域的应用。
具体实施方式
[0021]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]实施例1
[0023]本实施例中的一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，采用含TiO28.5wt％的高炉灰渣作为原料，清洗后烘干，再分别用碎石机打碎，而后用球磨机球磨，用筛子过筛，选择粒径0.2
‑
1.5mm之间的颗粒作为第一组分，同时采用SiO2含量97％以上的石英砂以及Al2O3大于10wt％的正长石进行混合破碎，研磨过筛，作为第二组件，第二组分中通过合理的配料，保证SiO2和Al2O3的含量在50％以上，使其粒径分布与高炉灰渣大致相同，之后将两种颗粒物混合，相同的粒径分布使得两者在混合时不会出现小颗粒物料的沉底。
[0024]将第一组分和第二组分混合均匀，两者混合比例按重量份计在1：2，同时添加碳酸钠、氧化钙的混合物作为添加剂进行调制，添加剂的重量占第一组分、第二组分与添加剂总重量的1％，将混合物料置于高温炉内以20℃/min的加热速度升温至1200℃，其中间可以适时存在多个保温区间，当温度升到1200℃时，烧结物中低共熔物开始熔化出现熔融体，出现大量气泡而变成透明玻璃液，在粘度处于1.0～10Pa
·
S，黏度系数1.0～1.5的合适状态时进行成纤处理，具体的是在在离心的状态下进行高速喷吹，玻璃液被甩成一次纤维，在高速喷出的混合气体作用下，一次纤维被牵拉成玻璃纤维，控制离心速度以及喷吹参数，使得落在集棉网上的纤维呈絮状，且絮状纤维直径为5
‑
7μm，纤维长度为5
‑
10mm。
[0025]实施例2
[0026]本实施例中的一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，采用与实施例1相同的高炉灰渣作为原料，清洗后烘干，再分别用碎石机打碎，而后用球磨机球磨，用筛子过筛，选择粒径0.2
‑
1.5mm之间的颗粒作为第一组分，采用同时含有SiO2和Al2O3的铝土矿进行破碎，研磨过筛，作为第二组分，第二组分中通过合理的选择，保证SiO2和Al2O3的总含量在50％以上，之后将两种颗粒物混合。
[0027]将第一组分和第二组分混合均匀，两者混合比例按重量份计在1：2，同时添加碳酸钠作为添加剂进行调制，添加剂的重量占第一组分、第二组分与添加剂总重量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下工序的步骤：(1)、将含钛高炉灰渣洗后烘干，破碎后过筛，作为第一组分；(2)、将含二氧化硅和氧化铝组成的酸性氧化物的第二组分破碎过筛，其中酸性氧化物占比在40％及以上；(3)、将第一组分和第二组分混合均匀，两者混合比例按重量份计在(0.5
‑
2)：1，并在其中添加碳酸钠或氧化钙中的一种或多种混合物作为添加剂，添加剂的重量占第一组分、第二组分与添加剂总重量的1％
‑
5％；(4)、将步骤(3)中的混合物在高温炉内升温加热至1200
‑
1600℃，使其形成均匀玻璃液，在离心的状态下进行高速喷吹，形成絮状光催化材料。2.根据权利要求1所述的一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中采用的高炉灰渣含有至少1％的Fe2O3；还包括步骤(5)：将成型的絮状光催化材料浸没于过氧化氢溶液中，并通过超声波震荡，在絮状光催化材料的纤维表面形成多孔结构。3.根据权利要求1所述的一种高炉灰渣光催化材料的制备方法，其特征在于：絮状光催化材料的纤维直径为5
‑
25μm。4.根据权利要求1所述的一种高炉灰渣光催化材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜，张以河，孟子霖，孙文，
申请(专利权)人：中国地质大学北京山东理工大学，
类型：发明
国别省市：