[发明专利]负载型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂新材料及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种处理重金属 离子废水的光催化剂的制备方法和应用，属于环境与化学工程技术领域。

背景技术

光催化技术是一门新兴的并正在发展的科学技术，TiO₂作为一种绿色环保型光催化剂具 有较高的光催化活性，且具有性质稳定、无毒价廉、效率高、常温常压下即可操作等优点， 在水的纯化、空气净化、抗菌消毒以及污水处理等领域中有着广泛的研究和应用。然而，纳 米TiO₂光催化剂存在着易凝聚、难以回收、活性成分损失大等缺点，在催化剂的回收和再利 用方面非常不利。另外，由于水中待处理污染物浓度较低，一般都在“mg/L”的浓度级别， 光催化剂降解时，污染物与TiO₂的接触频率较低，致使反应速度较慢，降解率较低。

活性污泥炭是利用城市污水处理厂污泥制取的，具有较强的吸附性，能将水中的微量污 染物富集在光催化剂表面，可为光催化剂提供高浓度的污染物环境而加快污染物光催化降解 速率。因此，将光催化剂负载于活性污泥炭上是提高光催化剂催化效率的一种很好的途径。

目前，制备负载型光催化剂的技术很多，主要有粉体烧结法、偶联法、水解沉淀法、离 子交换法和溶胶-凝胶法等。溶胶-凝胶法制备复合材料技术以其能耗低、反应条件温和、工 艺简单及过程可控等优点，在湿化学法合成材料中得到广泛应用。如何结合溶胶-凝胶法将光 催化剂负载于活性污泥炭上以获得一种新型的负载型光催化剂就成为本领域所要面临的一个 技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效去除污水中重金属污 染物的负载型光催化剂，还提供一种操作简便、环境友好、经济实用、效果好的负载型光催 化剂的制备方法和在污水处理中的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种负载型光催化剂，其特征在于：所 述光催化剂是以活性污泥炭颗粒为载体，所述载体上包覆有二氧化钛，所述载体与二氧化钛 的质量比为(3～4)∶1。

上述的技术方案中，所述活性污泥炭颗粒优选是由城市污水处理厂的污泥改性而成(改 性方法见下文制备方法技术方案中提到的改性方法)。

上述的技术方案中，所述活性污泥炭颗粒的比表面积优选为200～600m²/g。比表面积太 小，颗粒太大，与水溶液的接触面小，去除效果差；比表面积太大，颗粒太小，反应后的分 离较为困难。

针对上述技术方案，本发明还提供了一种负载型光催化剂的制备方法，包括以下步骤： 首先将1体积的钛酸正丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)溶解于2～4体积的无水乙醇中得混合溶胶，然后将 活性污泥炭颗粒浸渍于该混合溶胶中，所述活性污泥炭颗粒的添加量为每毫升钛酸正丁酯添 加1～2g，搅拌均匀并静置后(静置时间优选为8～12h)将所述的活性污泥炭颗粒滤出、烘干， 在无氧条件下将烘干后的活性污泥炭颗粒进行煅烧，然后冷却得到负载型光催化剂。

上述的负载型光催化剂的制备方法中，所述的活性污泥炭颗粒优选是由城市污水处理厂 的污泥改性而成，改性后得到的活性污泥炭颗粒表面生成有含氧官能团。具体的改性方法是 采用化学药品活化法，首先将城市污水处理厂的污泥经过预处理后，在烘箱内恒温干燥，然 后研磨、筛分成粒径为1～3mm的干污泥炭颗粒；取筛分后的干污泥炭颗粒加入到50mL浓度为 3～5mol/L的氯化锌或硫酸溶液中，所述干污泥炭颗粒的添加量约为0.3～0.5g/mL，然后置于 40℃水浴中浸渍12～24h，去除上清液，沉淀物置于烘箱内于100℃温度下烘24h，再转入坩埚 内，在马弗炉中于550℃温度下热解1h，冷却后筛分得到初级活性污泥炭颗粒；将初级活性污 泥炭颗粒再用蒸馏水煮沸，过滤，洗涤，并在烘箱中110℃温度下干燥2h，得到活性污泥炭颗 粒。之所以选择城市污水处理厂的污泥进行改性，是因为能够实现城市污水处理厂中污泥的 资源化利用，而且其它污泥中有机物含量太低，其用于制备本发明活性污泥炭的效果不好。

本发明的负载型光催化剂的制备方法是通过对活性污泥炭颗粒的表面进行处理，使活性 污泥炭颗粒作为基核，它的表面缺陷和官能团成为颗粒成长的非自发形核中心，在化学沉积 和溶胶-凝胶过程中容易与TiO₂结合，进而获得理想的负载型光催化剂。