[发明专利]一种高效催化灭活水中病源微生物的可见光催化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于可见光催化的催化剂的研制方法，具体指一种掺钛羟基磷灰石负载碘化银催化剂的制备方法及催化灭活水中病源微生物的研究。

背景技术

光催化氧化作为一种环境友好技术相对传统方法具有如下优点(1)、可以在常压下操作，反应条件温和，减少了操作困难；(2)、不需要大量消耗除光以外的其他物质，可以降低能量和原材料的能耗；(3)、光催化剂具有廉价、无毒、稳定以及可以重复利用的特点；(4)、光催化产生的羟基自由基具有高度活性。专家预测，光催化氧化技术是未来消毒工艺中一项可行的替代方法。

传统的TiO₂光催化剂由于具有高的催化活性和稳定性而受到重视，但其带隙较宽(E＝3.2eV)，仅能能响应波长小于387nm的紫外光，而这部分光只占太阳光谱的3％。因此，如何将光催化剂的光利用范围拓展到可见光区，提高催化剂的光量子产率是光催化剂实际应用的一个主要研究方向。目前可见光响应催化材料的设计主要集中在两条途径：(1)对TiO₂等已有的紫外光催化剂进行改性，使其具有可见光催化活性。(2)从充分利用太阳能的角度出发，开发了一系列新型可见光催化材料。

卤化银作为一种间接半导体，其成像与非均相催化有许多共性，因此近年来科学家将对太阳能的转换和利用的兴趣扩展到卤化银和其它感光材料。目前主要通过沉淀沉积法将银的卤化物(AgBr、AgI和AgCl)负载到TiO₂、Al₂O₃等载体上，得到了一些活性较好的光催化材料。但这些催化剂活性成分在载体上的分散性较难控制，金属溶出现象严重。

发明内容

本发明的目的在于制备一种优异的可有效利用可见光且稳定性较高的光催材料，能够有效灭活水中的病源微生物。

为实现上述目的，本发明选用AgNO₃和KI作为前驱体，掺钛的羟基磷灰石为载体，通过离子交换法将Ag高度分散到载体的孔道和表面上，制备了AgI/HAPTi催化剂。该催化剂显示了很高的可见光催化活性，能够较好灭活病源微生物，而且性质稳定，金属溶出很少，在水体常规pH值范围内有很好的活性，很有希望应用于实际水处理领域。

具体的说，本发明的制备方法如下：

可见光催化剂AgI/HAPTi按以下程序合成：将掺钛羟基磷灰石载体加入到一定量的AgNO₃溶液中，避光搅拌24小时。然后取出过滤，用去离子水冲洗到一定程度。过滤后的固体加入到KI溶液中，使加入的AgNO₃和KI摩尔比值为1，得到的体系在室温避光搅拌过夜，然后过滤出样品并在60℃烘干。在按此程序，合成含银量为11.3wt％的催化剂，得到AgI/HAPTi样品。

附图说明：

图1为本发明制备的AgI/HAPTi催化灭活大肠杆菌的活性。

具体实施方式：

通过下面给出的实施例和应用例，可以看出本发明的技术特征和优点。

1、AgI/HAPTi的催化剂的制备

将掺钛羟基磷灰石载体加入到一定量的AgNO₃溶液中，避光搅拌24小时。然后取出过滤，用去离子水冲洗到一定程度。过滤后的固体加入到KI溶液中，使加入的AgNO₃和KI摩尔比值为1，得到的体系在室温避光搅拌过夜，然后过滤出样品并在60℃烘干。在按此程序，合成含银量为11.3wt％的催化剂，得到AgI/HAPTi样品。

2、AgI/HAPTi的可见光催化活性

以氙灯为光源，用滤光片过滤掉小于420nm的光，再此光照条件下以大肠杆菌为目标污染物来评价本发明所述的AgI/HAPTi可见光催化活性。反应温度为室温，pH＝6.03，光强为2.0mW/cm²，催化剂的投加量为0.2g/L。

图1可以看出，大肠杆菌初始浓度约为1.0×10⁸CFU/mL时，单独可见光照射、载体HAPTi的的光催化和AgI/HAPTi暗反应均对E.coli无明显灭活。羟基磷灰石负载AgI和掺钛羟基磷灰石负载Ag的材料在可见光下有一定的杀菌作用，完全灭活E.coli所需要的时间分别为70分钟和60分钟。而掺钛羟基磷灰石负载AgI的材料杀菌活性明显提高，40分钟就可完全去除E.coli。同时考察了反应过程中催化剂的银离子释放。结果显示，反应过程中银离子的释放量小于0.21mg/L。因此，该催化剂显示了良好的稳定性。