[发明专利]一种光催化复合凝胶小球及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种光催化复合凝胶小球及其制备方法与应用。

背景技术

水体重金属污染是是危害较大的环境污染问题。铬是比较常见的重金属，它主要应用于电镀、皮革和防腐等工业，这些工厂每年排放大量的含铬废水，如果在其排放到自然水体前不进行有效的处理将会造成重大的环境污染事故。铬在水体中主要以三价和六价两种形式存在。六价铬在水体中的流动性较大，其毒性比三价铬高100倍。而三价铬容易与氢氧根等离子形成沉淀物而被去除。目前，含铬废水的处理方法主要是将六价铬降解为三价铬，再将三价铬以沉淀物的形式去除。六价铬降解为三价铬的主要方法有化学法和光催化法等。光催化法与化学法相比具有操作方便、二次污染小、设备简单且催化剂可再利用等优点，其在实际废水处理工程中已有应用。但目前使用的光催化剂的种类有限，且光催化剂在反应完成后不利于回收。因此，急需研究开发一种高效且容易回收再利用的光催化材料。

二氧化钛因具有特殊的光电性能、化学稳定性和无毒害性等优点而常作为催化剂用于光催化反应中。但二氧化钛具有亲水性，且为纳米结构，在光催化反应结束后不利于固液分离和催化剂的回收再利用,限制了其在实际工程中的应用。通过适当的方法将二氧化钛固定在尺寸较大的载体上，其光催化效果没有降低，在反应完成后通过载体的回收把二氧化钛进行回收。海藻酸钠滴加在氯化钙溶液中后会形成网状的凝胶，其机械强度较好，可以作为二氧化钛的载体。但这种凝胶中的钙离子易被氢离子或其他金属离子取代而导致凝胶的稳定性降低，进而会导致负载的二氧化钛发生泄漏。为了增强凝胶的稳定性，使用戊二醛等交联剂对海藻酸盐进行化学交联。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，开发一种成本低廉、高效且易分离的可用于光催化降解六价铬离子的光催化复合凝胶小球；以及一种工艺简单、制备快速的光催化复合凝胶小球的制备方法；还提供一种上述光催化复合凝胶小球应用于光降解六价铬离子的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种光催化复合凝胶小球，其特征在于，所述凝胶小球包括海藻酸盐凝胶，所述凝胶上均匀负载有光催化活性的二氧化钛纳米粒子，所述凝胶被戊二醛交联。

作为一个总的技术构思，本发明提供一种光催化复合凝胶小球的制备方法，是将二氧化钛纳米粒子负载在海藻酸盐凝胶中，制备的光催化剂易于固液分离和再利用，使用戊二醛对凝胶小球进行交联以提高凝胶的稳定性，防止二氧化钛泄漏，具体步骤如下：

（1）将海藻酸钠和二氧化钛与水搅拌均匀制备混合液，所述海藻酸钠、二氧化钛和水的质量比为1：（0.5～3）：（50～200），所述混合液体积为50～200 mL；

（2）将步骤（1）所述的混合液用注射器滴加到氯化钙溶液中形成颗粒均匀的小球，在室温下反应1～10小时，将小球收集并洗涤多次后得到稳定的凝胶小球，所述氯化钙体积为200～600 mL，所述氯化钙浓度为1～6%；

（3）将步骤（2）所述的凝胶小球加入戊二醛和盐酸的水溶液中，在温度为20～60℃条件下搅拌反应1～10小时，将小球收集并洗涤多次后得到所述产品，所述戊二醛浓度为0.5～4%，所述盐酸浓度为0.05～0.3 mol/L。

上述制备方法中，制备的顺序是先将二氧化钛负载在海藻酸盐凝胶小球上，再以戊二醛为交联剂对制备的小球进行交联。

本发明还提供一种上述的光催化复合凝胶小球应用于光催化降解六价铬离子的方法，包括以下步骤：向含六价铬离子的溶液中加入所述光催化复合凝胶小球，在紫外灯照射条件下进行降解反应，用过滤的方式将凝胶小球分离，完成对六价铬离子的降解。

上述应用中，所述复合凝胶小球在废水中用量优选1~20 g/L。

上述应用中，所述光降解反应的条件优选为：pH值为1～6，反应时间为1～36小时。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的光催化复合凝胶小球，使用的原料来源广泛，且价格低廉，主要原料二氧化钛、海藻酸钠、氯化钙和戊二醛等都是常用的化工产品，而且复合凝胶小球很容易从处理后的溶液中分离出来再利用。

2、产品无毒，对环境友好。

3、本发明的光催化复合凝胶小球的制备工艺及操作简单、制备快速，生产周期短，易于实现工业化生产。

4、本发明的光催化复合凝胶小球对六价铬的降解效率高，为废水中重金属污染的治理提供了新的途径。

附图说明

图1是本发明实施例1的光催化复合凝胶小球的数码照片；