[发明专利]一种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及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种不仅在紫外光照射下具有催化作用，而且能在太阳光照射下也具有高效催化作用的光催化剂及其制备方法和应用，属于催化材料技术领域。

背景技术

随着印染业和纺织业的迅速发展，有机染料已成为一类主要的环境污染物。由于有机染料基本都含有苯环，具有含量高、成分复杂、色度深、难降解等特点，目前还没有比较有效的方法来处理此类废水。传统的染料污水处理方法有混凝脱色、吸附脱色、膜技术等工艺只是将有机物转移，而染料分子本身并没有分解，容易引起二次污染，因此这些处理方式并不能实现真正意义上的降解。而目前所使用的化学和生物等降解方法，具有生物选择性强，工艺路线长，操作管理复杂和处理的废水不易达标而在实际应用方面受到了一定的限制，也难以得到推广应用。因此，有必要寻找一种经济、高效地处理含有机染料废水的方法。

TiO₂是一种半导体，通过对它施加一个外加能源(光，电等)可以实现其外层电子轨道电子从受束缚的价带跃迁到可以自由移动的导带，同时在价带留下一个具有氧化作用的空穴，通过这种光生电子和光生空穴的作用可以实现对系统中有害有机物的降解，因此，将其作为有机物降解催化剂的研究越来越多。但是，目前TiO₂催化技术走向真正工业化应用仍存在许多困难，包括能源的选择，粉体材料的负载以及催化效率等问题。

近年来，作为深度氧化技术的光Fenton反应，因其反应简单和物料廉价等优点而备受关注。其中非均相光Fenton反应中，有机物和过氧化氢分子首先吸附到催化剂表面，然后过氧化氢分子通过Fenton反应产生氢氧自由基(·OH)，并与有机物发生氧化降解反应，最后降解产物从催化剂表面脱附，扩散到水溶液中。在此反应体系中产生的氢氧自由基(·OH)是一种高活性物质，它能够氧化工业废水中绝大多数的有机染料物质。但上述催化体系均需紫外光的照射，对太阳光的利用率很低，不能很好地利用太阳光，在实际应用中受到了很大的限制。

综上所述，研究一种可用于经济、高效地处理含有机染料废水的光催化剂，具有重要意义和价值。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种可用于经济、高效地处理含有机染料废水的光催化剂及其制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光催化剂，是一种负载有铁离子的介孔沸石材料，且所述铁离子是位于介孔沸石的骨架位置和/或介孔孔道中。

所述的介孔沸石优选为ZSM介孔沸石、β沸石或Y沸石。

所述光催化剂的制备方法，是采用离子交换法或原位掺杂法将铁离子负载到介孔沸石的骨架和/或介孔孔道中。

进一步说，采用离子交换法负载铁离子的工艺，包括如下具体步骤：将介孔沸石分散于水溶性无机铁盐的水溶液中，在60～90℃反复进行离子交换反应；离子交换结束，进行焙烧，以除去体系中的无机盐。

所述的水溶性无机铁盐优选为硝酸铁、磷酸铁、硫酸铁或氯化铁。

所述的水溶性无机铁盐水溶液的摩尔浓度优选为0.1～0.4mol/L。

所述介孔沸石在溶液中的质量浓度优选为0.01～0.05g/mL。

所述离子交换反应推荐反复进行2～4次，每次交换时间为5～10小时。

所述焙烧温度推荐为550～700℃。

进一步说，采用原位掺杂法负载铁离子的工艺，包括如下具体步骤：在制备介孔沸石时，将水溶性无机铁盐与硅源、铝源一起配制成混合水溶液，然后进行介孔沸石的余下制备步骤。

作为进一步优选方案，混合水溶液中的Fe/Al的摩尔比为1∶1～2∶1。

本发明所述的光催化剂可应用于含有机染料的废水处理，尤其可用于脱色、降解及矿化处理废水中的有机染料。

进一步说，所述的处理工艺包括如下步骤：将所述的光催化剂加入到废水中，调节溶液的pH值为5～7，搅拌，使达到饱和吸附，然后加入双氧水溶液，在紫外光或太阳光照射下进行催化反应。

作为进一步优选方案，所述光催化剂的加入量要使其在废水中的质量浓度为0.4～1.0g/L。

作为进一步优选方案，所述双氧水溶液的摩尔浓度优选为0.01～0.02mol/L。

作为进一步优选方案，所述双氧水溶液的加入量要使其在废水中的摩尔浓度为10～30mmol/L。