本发明专利技术公开了一种新型矿渣基胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂的制备及其在太阳能光催化分解水制氢中的应用。该制备方法利用固体废弃物矿渣作为前驱体，采用碱激发的溶胶-凝胶法及浸渍法两步反应，再经焙烧形成矿渣基胶凝材料-氧化铁半导体复合光催化剂，该制备过程工艺简单，可实现规模化生产。将该半导体复合光催化剂用于太阳能光催化分解水制氢，产氢效率高，成本低廉，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合催化剂的制备及其在新能源领域中的应用，具体涉及ー种矿渣基胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂的制备及其在太阳能光催化分解水制备氢气中的应用。
技术介绍
近年来，化石能源的短缺已催生了世界各国对于可再生能源的研发。氢能以清洁燃烧，无三废排放，绿色环保，可再生无污染等优秀品质而成为新能源研究的热点。目前，氢的主要制备途径来自水的电解和化石燃料，由于氢的制备成本昂贵，氢只能作为ー种化工原料使用，故此，研发廉价的制氢方法是化石能源经济向氢能经济转变的关键所在，利用太 阳能光催化分解水制氢是实现这ー转变的主要途径之一 [1]。自从1972年Fujishima[2]报道了电化学光解水制氢以来，人们对TiO2光催化剂进行了大量研究，为了改善光催化剂的活性，有关CdS-Ti02[3]，CdS-ZnS[4], CdS-HMS[5]等复合光催化剂的制备有诸多报道。矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的ー种废渣。据不完全统计，每生产I吨生铁，可排出I. O I. 2吨的高炉矿渣；用富铁矿炼铁时，生产I吨生铁可排出O. 25吨的高炉矿渣，毎年我国铁厂的矿渣排放量高达6000万吨以上，分布在我国的17个省、市、自治区。这些废渣的堆积不仅占用大量的土地，而且污染环境。故此，矿渣的高附加值的综合利用是ー个亟待解决的大问题。目前，矿渣主要用于水泥的活性混合材料、道路和地基工程、矿渣无机胶凝材料等。用盐酸、硫酸共同处理过的矿渣具有明显的松散多孔结构，可用于处理有机染料废水[6_8]，也可作为吸附剂用于处理重金属离子废水薛向欣等人Ul’12]报导了高钛含量的炉矿渣改性后可用作光催化剂降解有机染料，同吋，薛向欣等人[ル15]的专利技术专利报导了利用含钛高炉渣吸附处理偶氮染料废水中的甲基橙；吸附处理废水中的六价铬等。通过查阅大量的专利及文献资料，没有发现有关碱激发矿渣基无机聚合物胶凝材料-氧化物半导体复合催化剂的制备以及将该催化剂用于太阳能光催化分解水制备氢气的文献及专利报导。以下是专利技术人给出的參考文献[1]Μ· Ni，Μ. K. H. Leung, D. Y. C. Leung, K. Sumathy, A review and recentdevelopments in photocatalytic water—splitting using Ti02 for hydrogenproduction, Renewable and Sustainable Energy Reviews，11(2007)401 - 425。[2]A.Fujishimaj K.Honda,Electrochemical photolysis of water at asemiconductor electrode. Nature, 238(1972)37 - 38。[3]W. W. So, K. J. Kimj S. J. Moon, Photo-production of hydrogen over theCdS_Ti02 nano-composite particulate films treated with TiC14. Int J HydrogenEnergy, 29(2004)229-234。[4]C. Xing, Y. Zhang, , ff. Yan, Band structure-controlled solidsolution of Cdl—xZnxS photocatalyst for hydrogen production by watersplitting, International Journal of Hydrogen Energy, 31 (2006)2018-2024。[5]Y. J. Zhang, L. Zhang, S. Li, Synthesis of Al-substituted mesoporoussilica coupled with CdS nanoparticles for photocatalytic generation ofhydrogen, International Journal of Hydrogen Energy, 35(2010)438 - 444。[6]田玉萍朱志安，新型复合混凝剂在染料废水处理中的应用，四川化工15(1)(2012)50-52。[7]董超，谢葆青，林红，山东环境96 (2) (2000)32。[8]于衍真，李云兰，高炉矿渣对エ业废水处理的实验研究，エ业水处理19(2)(1999)12-13。[9]郑礼胜，王士龙，刘晓坤，用矿渣作为吸附剂处理含铬废水，材料保护30(3)·(1997)23-24。[10]陈芳艳，钟宇，唐玉斌，炉渣去除废水中六价铬，化工环保28(3)(2008)209-213。[11]杨合，薛向欣，左良，杨中东，含钛高炉渣催化剂光催化降解亚甲基蓝，过程エ程学报，4 (3) (2004) 265-268ο[12]雷雪飞，薛向欣，杨合，表面改性对含钛炉渣光催化性能的影响，东北大学学报(自然科学版)，31 (6) (2010)838-842。[13]薛向欣,杨合,左良,杨建,用含钛高炉洛制备光催化材料的方法，公开号CN1446624。[14]薛向欣，杨合，雷雪飞，王昱征，利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法，公开号CN102115275A。[15]雷雪飞，薛向欣，杨合，王昱征，用高炉渣处理六价铬废水的方法，公开号CN102115276A。
技术实现思路
为了改善太阳能的利用效率和光催化分解水制备氢气的产率，本专利技术的目的在于制备ー种新型复合催化剂，并将其用于太阳能光催化分解水制备氢气的应用领域。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案一种矿渣基胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂的制备方法，其特征在干，该方法以エ业固体废弃物矿渣为原料，在硅酸钠的激发下，生成矿渣基无机聚合物胶凝材料，然后将该胶凝材料浸溃于硝酸铁水溶液中，再经焙烧形成无机聚合物胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂。化学激发剂硅酸钠的加入量为矿渣质量的10%，氧化铁的负载量为矿渣质量的0. 5% 10%O具体包括下列步骤( I)准确称取矿渣原料，置入净浆搅拌机中；(2)将配方量的硅酸钠溶入定量水中，激发剂硅酸钠的掺量为原料重量的10%，水与矿渣的质量比为0. 32 ;然后将硅酸钠水溶液加入净浆搅拌机中拌和形成混合均匀的浆体；(3)将浆体装入模具中成型，Id后脱模，放入养护室中室温养护7d，然后装入塑料袋中并进行密封，在65°C下养护24h，得到矿渣基无机聚合物胶凝材料，然后敲碎，过120目 55目筛，制得O. 12-0. 315mm的矿渣基无机聚合物胶凝颗粒；(4)准确称取矿渣基无机聚合物胶凝颗粒，倒入定量摩尔浓度的Fe (NO3) 3 ·9Η20溶液中，氧化铁的负载量为矿渣基无机聚合物胶凝颗粒质量的O. 5% 10%，室温下进行浸溃24h，65°C下烘干，再将烘干后的样品放入马弗炉中，300°C焙烧3h，得到不同氧化铁负载量的矿渣基无机聚合物胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂。经申请人的试验证明，本专利技术制备的矿渣基无机聚合物胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂能够用于太阳能光催化分解水制氢，并以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种矿渣基胶凝材料-氧化铁半导体复合催化剂的制备方法，其特征在于，该方法首先以工业固体废弃物矿渣为原料，在硅酸钠的激发下，生成矿渣基无机聚合物胶凝材料；然后将该矿渣基无机聚合物胶凝材料浸溃于硝酸铁水溶液中，再经焙烧形成无机聚合物-氧化铁半导体复合催化剂。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，具体包括下列步骤 (1)准确称取矿渣原料，置入净浆搅拌机中； (2)将配方量的硅酸钠溶入定量水中，激发剂硅酸钠的掺量为原料重量的10%，水与矿渣的质量比为0. 32 ;然后将硅酸钠水溶液加入净浆搅拌机中拌和形成混合均匀的浆体； (3)将浆体装入模具中成型，Id后脱模，放入养护室中室温养护7d，然后装入塑料袋中并进行密封，在65°C下养护24h，得到矿渣基无机聚合物胶凝材料，然后敲碎，过120目 55目筛，制得0. 125mm 0. 315mm的矿洛基无机聚合物胶凝颗粒； (4)准确称取矿渣基无机聚合物胶凝颗粒，倒入定量摩尔浓度的Fe(NO3)3 9H20溶液中，氧化铁的负载量为矿渣基无机聚合物胶凝颗粒质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：张耀君，刘礼才，倪路路，王丙丽，王亚超，柴倩，景东升，古晓泽，刘佩瑶，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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