[发明专利]一种稀酸浸高炉渣滤液负载活性炭制备光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学材料制备技术领域，具体地说涉及一种稀酸浸高炉渣滤液负载活性炭制备光催化剂的方法。

背景技术

光催化氧化技术在环境保护中的应用日益受到人们的重视。这项新技术以太阳能为能源，具有操作简便、能耗低、反应条件温和、能矿化绝大多数有机物、基本没有二次污染等突出优点。它能有效地将有机污染物完全矿化为H₂O、CO₂、PO4^3-、SO4^2-、NO^3-和卤素离子等无机小分子。许多难降解物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等也可用此法有效去除。此外光催化氧化技术还可用于无机污染物、有害气体以及细菌的处理与杀灭。这些特点使光催化氧化技术在难降解有机物和微污染水体的处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势。因此，光催化氧化技术是一种极具发展前途的水处理技术，对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。

目前，符合电位条件的常见单一化合物光催化剂大多是金属物质的氧化物或硫化物等半导体材料，如TiO₂、Fe₂O₃、ZnO、CdS、ZnS、WO₃、MgO以及PbS等。相对而言，TiO₂由于化学性质稳定、氧化还原性强、光催化活性较高、抗光腐蚀、无毒、难溶以及成本低等优点被普遍认为具有优异的光催化活性，是良好的光催化材料。然而TiO₂自身存在的一些缺陷，让我们在应用TiO₂的时候面临一些挑战：(1)由于TiO₂粒径太小，导致其分离回收及再生都非常困难，这会导致光催化剂损失严重，成本升高，TiO₂具有的廉价的优势将不复存在。(2)TiO₂粉末有团聚的趋势，尤其在TiO₂浓度较高时这种趋势更加明显，团聚后光催化剂比表面积大幅下降，光催化效果也会随之下降。(3)TiO₂对高浓度的有机污染物降解效果较好，而对低浓度的有机污染物降解速率很慢，这也极大的限制了TiO₂作为光催化剂的应用。

因此，有必要对TiO₂光催化剂进行改进，以解决其缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中TiO₂做为光催化剂存在的难回收、高成本、低浓度有机物降解速率慢的问题，提供了一种稀酸浸高炉渣滤液负载活性炭制备光催化剂的方法。该方法通过提取含钛高炉渣中的TiO₂，并将通过粘结剂结合到活性炭载体上，得到光催化剂。该方法从含钛高炉渣中提取TiO₂，能够将工业废弃物回收利用；而且该方法工艺条件易于控制，成本低廉。

一种稀酸浸高炉渣滤液负载活性炭制备光催化剂的方法，包括以下步骤：

(1)将含钛高炉渣粉末与质量浓度为10～60％的稀硫酸混合，在40～100℃恒温水浴中以150r/min～300r/min的速度搅拌2～3h；

(2)将酸浸后的含钛高炉渣的溶液过滤，取含钛高炉渣滤液，将滤液于室温下放置陈化12～24h；

(3)将陈化后滤液放入烘箱中，温度为80～120℃下烘干，得到含TiO₂的滤液粉末；

以上三个步骤的主要反应方程式如下：

CaTiO₃+2H₂SO₄＝CaSO₄↓+TiOSO₄+2H₂O

TiOSO₄+3H₂O＝H₄TiO₄↓+H₂SO₄

H₄TiO₄＝TiO₂+2H₂O↑

(4)将作为载体的活性炭颗粒用稀硝酸洗涤2～3次，再用蒸馏水煮沸多次后，60～80℃真空干燥；

(5)取质量比为(1:0.5)～(1:2)的载体活性炭和含TiO₂的滤液粉末，以及粘结剂磷酸二氢铝，加入到无水乙醇中，以100～150r/min速度搅拌1～3h，然后静置12～24h，使活性炭与滤液粉末更好的粘结在一起；