用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备及应用，包括：在密封罐中加入脱气水和醋酸锰，搅拌溶解，然后将钛酸四丁酯加入密封罐中，密封静置陈化，过滤，沉淀物反复洗涤，得到Mn

【技术实现步骤摘要】
用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备及应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂制备
，具体涉及一种用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备及应用。

技术介绍

[0002]从放射性废水系统浓缩和回收铀对于保护环境和缓解日益增长的核燃料需求至关重要。光辅助铀提取是一种对非还原离子具有高选择性的绿色技术，通过将可溶性六价铀(U(VI))还原为不溶性四价铀(U(IV))，可以实现从含铀废水中富集和分离铀。然而，传统的光催化剂的催化效率低下。因此，迫切需要探索具有高催化效率的光催化剂，以实现高效铀提取。
[0003]TiO2作为一种环境友好型材料，由于其成本低、无毒无害、化学稳定性高，被广泛用作铀光催化还原的起始原料。然而，与大多数传统光催化剂一样，TiO2的带隙大，可见光响应范围窄，并且表面缺乏铀的限制位点。现有技术已经提出了各种策略来调节光催化剂以增强铀的提取，主要包括调整能带结构或引入具有高铀选择性的限制位点。调整能带结构的有效方法源于将杂质能态引入光催化剂的带隙，这可以通过引入杂原子来实现，因为掺杂原子的进入导致原始催化剂和掺杂剂之间的能级杂化。以往的研究已经证实，杂原子掺杂改变了活性位点的能带结构、电荷分布和价态，从而提高了光催化活性；另外还可以通过对催化剂表面上的铀具有高选择性的官能团进行修饰，从而实现有效的铀提取。因此，将元素掺杂和表面功能修饰相结合是提高可见光利用范围和对U(VI)选择性的一种非常有前景的策略，从而实现从放射性废水中高效提取铀，然而现有技术并没有相关的对TiO2同时进行元素掺杂和表面功能修饰来实现光催化还原铀的方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、在密封罐中加入脱气水和醋酸锰，搅拌溶解，然后将钛酸四丁酯加入密封罐中，密封静置陈化，过滤，沉淀物反复洗涤，得到Mn
‑
TiO2；
[0007]步骤二、将Mn
‑
TiO2浸渍在浓度为磷酸溶液中，加热搅拌，过滤，洗涤，干燥，然后在450～550℃下烘烤，得到Mn
‑
TiO2@PO4，即用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂。
[0008]优选的是，所述步骤一中，将得到的Mn
‑
TiO2用氢气等离子体处理30～60秒。
[0009]优选的是，所述氢气等离子体处理的工艺参数为：气压10～100Pa，功率50～300W。
[0010]优选的是，所述步骤一中，脱气水和醋酸锰的质量比为30～60:1；所述醋酸锰和钛酸四丁酯的质量体积比为1g:2～5mL；所述搅拌溶解的时间为15～45min；陈化的时间为12～36小时；沉淀物反复洗涤采用的蒸馏水反复洗涤。
[0011]优选的是，所述步骤二中，Mn
‑
TiO2和磷酸溶液的质量体积比为4～6mg:1mL；所述磷酸溶液的浓度为0.2～0.3mol/L；加热搅拌的温度为75～85℃，搅拌时间为8～15h；洗涤分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为8～15h；烘烤的时间为0.5～1.5h。
[0012]本专利技术还提供一种如上所述的制备方法制备的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂在模拟放射性废水中光催化还原铀的实验方法，将介孔二氧化钛光催化剂分散到不同浓度的U(VI)溶液中；然后用0.1mol/L的NaOH和HCl溶液调节U(VI)溶液的pH；光催化反应前，将分散有介孔二氧化钛光催化剂的U(VI)溶液在避光条件下搅拌60min；然后采用带AM1.5G滤光片的300W氙灯作为光源，搅拌进行光催化反应，在光催化反应进行的不同时间，用紫外分光光度计分别在651.8nm处测定U(VI)浓度，并计算光催化后U(VI)的去除效率：
[0013]去除效率＝(C0‑
C
t
)/C0×
100％；
[0014]其中，C0是U(VI)的初始浓度，C
t
是经过一定时间后U(VI)的浓度。
[0015]优选的是，所述介孔二氧化钛光催化剂与不同浓度的U(VI)溶液的质量体积比为1mg:4mL；所述不同浓度的U(VI)溶液的浓度分别为：8mg/L，20mg/L，50mg/L，100mg/L，和200mg/L；所述pH调节至4～9；所述在光催化反应进行的不同时间为10～200min。
[0016]优选的是，将介孔二氧化钛光催化剂分散到含干扰离子的U(VI)溶液中；然后用0.1mol/L的NaOH和HCl溶液调节U(VI)溶液的pH至4；光催化反应前，将分散有介孔二氧化钛光催化剂的U(VI)溶液在避光条件下搅拌60min；然后采用带AM1.5G滤光片的300W氙灯作为光源，搅拌进行光催化反应120min，用紫外分光光度计在651.8nm处测定U(VI)浓度，并计算光催化后U(VI)的去除效率：
[0017]去除效率＝(C0‑
C
t
)/C0×
100％；
[0018]其中，C0是U(VI)的初始浓度，为8mg/L，C
t
是经过一定时间后U(VI)的浓度；
[0019]当所述干扰离子为K
+
，Na
+
，Ca
2+
，Mg
2+
，Sr
2+
，Cu
2+
阳离子中的任意一种时，其干扰离子在U(VI)溶液中的浓度为80mg/L；
[0020]当所述干扰离子为F
‑
、NO3‑
阴离子中的任意一种时，U(VI)与阴离子的摩尔比为1:2～8。
[0021]本专利技术还提供一种如上所述的制备方法制备的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂在放射性废水中光催化还原铀的应用，取介孔二氧化钛光催化剂加入含铀放射性废水中，在避光条件下搅拌60min，然后在太阳光照射下，搅拌进行光催化反应，实现含铀放射性废水中六价铀的光催化还原。
[0022]优选的是，所述介孔二氧化钛光催化剂与含铀放射性废水的质量质量体积比为1mg:3～6mL；搅拌进行光催化反应的时间为60～180min。
[0023]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术所制备的Mn
‑
TiO2@PO4具有高效的电荷分离和丰富的铀限制位点，对U(VI)的去除效率显着提高，在干扰离子及酸碱条件下均具有出色的耐久性和抗干扰能力。
[0024]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
[0025]图1a和b为Mn
‑
TiO2@PO4的TEM图像；
[0026]图2为Mn...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在密封罐中加入脱气水和醋酸锰，搅拌溶解，然后将钛酸四丁酯加入密封罐中，密封静置陈化，过滤，沉淀物反复洗涤，得到Mn
‑
TiO2；步骤二、将Mn
‑
TiO2浸渍在浓度为磷酸溶液中，加热搅拌，过滤，洗涤，干燥，然后在450～550℃下烘烤，得到Mn
‑
TiO2@PO4，即用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂。2.如权利要求1所述的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，将得到的Mn
‑
TiO2用氢气等离子体处理30～60秒。3.如权利要求2所述的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述氢气等离子体处理的工艺参数为：气压10～100Pa，功率50～300W。4.如权利要求1所述的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，所述步骤一中，脱气水和醋酸锰的质量比为30～60:1；所述醋酸锰和钛酸四丁酯的质量体积比为1g:2～5mL；所述搅拌溶解的时间为15～45min；陈化的时间为12～36小时；沉淀物反复洗涤采用的蒸馏水反复洗涤。5.如权利要求1所述的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，Mn
‑
TiO2和磷酸溶液的质量体积比为4～6mg:1mL；所述磷酸溶液的浓度为0.2～0.3mol/L；加热搅拌的温度为75～85℃，搅拌时间为8～15h；洗涤分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为8～15h；烘烤的时间为0.5～1.5h。6.一种如权利要求1～5任一项所述的制备方法制备的用于光催化还原铀的介孔二氧化钛光催化剂在模拟放射性废水中光催化还原铀的实验方法，其特征在于，将介孔二氧化钛光催化剂分散到不同浓度的U(VI)溶液中；然后用0.1mol/L的NaOH和HCl溶液调节U(VI)溶液的pH；光催化反应前，将分散有介孔二氧化钛光催化剂的U(VI)溶液在避光条件下搅拌60min；然后采用带AM1.5G滤光片的300W氙灯作为光源，搅拌进行光催化反应，在光催化反应进行的不同时间，用紫外分光光度计分别在651.8nm处测定U(VI)浓度，并计算光催化后U(VI)的去除效率：去除效率＝(C0‑
C
t
)/C0×
100％；其中，C0是U(VI)的初始浓度，C

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，竹文坤，李明哲，何嵘，杨帆，李瑞，王瑞祥，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：