[发明专利]一种可见光响应的复合光催化剂的制备方法及其除砷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光响应的复合光催化剂的制备方法及其除砷方法。

背景技术

现今，砷对饮用水的污染已经受到全世界的广泛关注。三氧化二砷无臭、无味，砷容易通过食物链和饮用水进入人体内，人口服0.01～0.05g可发生急性中毒，致死量为0.06～0.6g，大量口服后于数小时内突然死亡。长期饮用高砷的污染水可导致慢性肝炎、白内障、贫血、周围神经病、皮肤癌、肺癌等多种疾病。经过多年的研究得出，光催化氧化、共沉淀、吸附、薄膜分离和生物除砷等方法是砷污染的主要整治技术，其中光催化氧化法为广泛研究的除砷方法。离子形式的As(V)通过吸附或者絮凝沉淀比As(Ⅲ)更容易去除，因此大多数技术需要预先将As(Ⅲ)氧化成As(V)，而光催化能有效并温和地氧化As(Ⅲ)，不会引入有害物质。

1972年，Fujishima和Honda在水的光电催化分解实验中发现TiO₂的光催化能力后，自此有关半导体TiO₂光催化的研究开始受到重视。TiO₂无毒，稳定性高，成本低廉，具有优异的光催化活性。然而TiO₂粉末粉体极细，难以单独用作光催化剂投入使用，因此负载型的TiO₂光催化剂的研究更为必要。然而，锐钛矿型TiO₂的禁带宽度为3.2eV，其对应的吸收波长为387.5nm，主要只能利用在太阳光中占3~5%的紫外光，可见光范围响应微弱。公开号为CN1792426A的专利所制备的光催化剂需要紫外灯照射进行催化，故它对太阳光的利用率较低，并且使用紫外光照设备将大大增大设备成本，严重制约了实际应用的可能性。近年来，TiO₂光催化剂的改性研究方向从单一元素掺杂进入双元素或多元素共掺杂，共掺杂所发挥的协同作用有效地提高TiO₂光催化性能并且拓展TiO₂的可利用光谱范围，因此关于共掺杂的研究成为TiO₂改性的新浪潮。

近年来尝试许多能制备出漂浮型二氧化钛光催化剂的载体，如泡沫塑料、空心陶瓷微球、木屑等。如公布号为CN102847561A的专利以微孔玻璃为载体制得具有良好有机污染物降解能力的负载型纳米TiO₂光催化剂，虽能漂浮在水面但颗粒直径处于微米水平，对于TiO₂光催化活性组分的分散和催化剂的回收都存在缺陷。膨胀珍珠岩（expanded perlite，简称为EP）具有质轻多孔的优点，是一种理想的TiO₂催化剂载体。如授权公告号为CN102219275B的专利中，采用膨胀珍珠岩为载体，载体外表面包裹TiO₂柱撑蒙脱石光催化剂，使催化剂可浮于水面，易回收利用。

目前，国内外研究者开发出磁载光催化剂，γ-Fe₂O₃和Fe₃O₄等铁的氧化物由于磁性较好，价格低廉，可作为TiO₂的载体材料，出现了将TiO₂包覆在粒状氧化铁表面的光催化剂，可利用磁分离技术迅速回收催化剂。有关的研究大多数集中以纳米级或微米级的磁性铁作为载体，如授权公告号为CN100531903C的专利中，采用化学共沉淀法制备出纳米级磁性载体后再负载TiO₂，尽管具有磁性，但粉末细小难以保证完全回收，无法在开放性的区域（如河流、湖泊等）使用。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种可见光响应的磁性漂浮型Y-Zr/TiO₂/膨胀珍珠岩复合光催化剂的制备方法及其除砷方法。

发明提出一种可见光响应的复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）膨胀珍珠岩作为载体，用蒸馏水冲洗3遍，滤去水分，均匀铺满铁盘内，在120℃的烘箱里烘干48小时；

（2）氧化铁溶胶的制备：氧化钇溶解于硝酸中生成Y(NO₃)₃溶液；在搅拌条件下，将硝酸铁迅速加入乙二醇中溶解，得到橙红色溶液，然后将Y(NO₃)₃溶液逐滴滴入上述的橙红色溶液中，以上混合溶液放进80℃的水浴锅中继续搅拌加热1小时得到氧化铁溶胶，其中：硝酸铁、乙二醇与氧化钇的摩尔比为20:400:1；