[发明专利]一种用于光催化除砷的钛酸钙光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于光催化领域，更具体涉及一种可用于光催化除砷的层状微观结构的钛酸钙的制备。

技术背景

自然界中砷主要以三价砷（As(Ⅲ)）和五价砷（As(Ⅴ)）两种形式存在。目前，常用于污染废水中除砷的工艺主要有：离子交换法，反渗透法，混凝沉淀法和吸附法等，然而，这些工艺也存在缺陷，譬如吸附法，常用的吸附剂为活性炭和氧化铝，但由于As(Ⅲ)流动性强而较As(Ⅴ)不易去除，且这些吸附剂对As(Ⅲ)的吸附作用较As(Ⅴ)差，然而三价砷毒性是五价砷毒性的的100倍。因此在吸附之前需要先实施预处理将高毒性的As(Ⅲ)氧化为低毒性的As(Ⅴ)；再将As(Ⅴ)吸附去除，此工艺较为繁杂且成本较高。近年来发展的光催化技术，在空气净化以及废水处理等环境治理方面得到了日益广泛的应用，从1998年的文献记录开始，人们逐渐将光催化应用于含砷废水的处理当中。

现已报道的处理砷污染废水的催化剂主要局限在以TiO₂为主的光催化剂，如Ferguson,M.A等人报道的文章“TiO2-photocatalyzedAs(III)oxidationinaqueoussuspensions:Reactionkineticsandeffectsofadsorption.”，又如魏志刚等在中国专利公告CN101492199介绍了铂掺杂二氧化钛光电催化氧化除砷，As(Ⅲ)去除效果好但是成本相对较高，且对氧化生成的As(V)需投入大量絮凝剂三氧化二铝去除，易造成水体的二次污染，因此，开发廉价高效光催化氧化As(Ⅲ)，并且能将氧化生成的As(Ⅴ)大量吸附去除的光催化剂成为目前光催化研究的热点方向。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供了一种用于光催化除砷的钛酸钙光催化剂，可用于处理砷污染水体，能将高毒性的As(Ⅲ)光催化氧化成低毒性As(V)，并且能将氧化生成的As(V)有效吸附去除。

本发明的钛酸钙光催化剂具有层状微观结构，所述光催化剂的制备步骤分为两步：步骤（1）：对钛源进行预处理制备出TiO(OH)₂；步骤（2）：往步骤（1）制备出的TiO(OH)₂里加入四水合硝酸钙，低温水热处理制得CaTiO₃光催化剂。

本发明制备方法简单易行，有利于大规模推广，同时为光催化处理砷污染水体提供了一种新的途径。

本发明的显著优点在于：

（1）       本发明首次合成出较规则的层状结构的纳米CaTiO₃晶体。

（2）       本发明在制备过程中，利用钛酸四正丁酯充分水解后的产物TiO(OH)₂代替钛酸四正丁酯作为制备光催化剂的钛源，得到带有特殊层状微观结构的CaTiO₃。

（3）       本发明所制备的带有特殊层状结构的纳米CaTiO₃，同时具有良好的光催化氧化活性和优异的吸附能力。

（4）       本发明将制备出的CaTiO₃应用于光催化处理砷污染水体处理领域，可将高毒性的As(III)氧化为低毒性的As(V)，并且能将氧化后的As(V)大量吸附，避免了在后续处理中投加的絮凝剂所造成水体的二次污染。

（5）       本发明的光催化剂制备方法简单易行，有利于大规模的推广。

附图说明

图1展示了本发明光催化剂CaTiO₃的X射线衍射（XRD）图；

图2展示了本发明的光催化剂CaTiO₃的场发射扫描电镜（FSEM）图；

图3是本发明的光催化剂CaTiO₃在含砷水体中光催化氧化As(III)的活性图，以及水体中总砷随时间的变化情况。曲线a是CaTiO₃对As(Ⅲ)的暗吸附情况，曲线b是在紫外光射射下，CaTiO₃光催化剂存在时，As(Ⅲ)的降解情况。曲线c是有光照下，CaTiO₃光催化剂存在时，水体中总砷随时间的变化情况。

具体实施方式：

本发明的制备步骤如下：

具有层状微观结构钛酸钙的制备