[发明专利]一种可见光响应的铬和硫共掺杂TiO2/空心玻璃微珠复合催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展，人工合成的有机染料被广泛应用于纺织和印染行业，大多数这些染料具有潜在的毒性和致癌性。纺织工业使用最广泛的染料为靛胭脂，其也被用于药用片剂、胶囊的添加剂以及医疗诊断。靛胭脂危害人体的神经、呼吸和生殖等器官，严重威胁人类的健康及生存。因此去除纺织工业废水中的靛胭脂具有重大的意义。

光催化氧化法是一种绿色高效的高级氧化技术，目前所研究的光催化剂主要以二氧化钛体系为主。TiO₂是稳定性好，无毒，廉价的理想光催化剂。TiO₂光催化剂能与简单芳香族化合物及其卤代物、染料、农药等发生有效光催化反应，达到除毒、脱色、矿化的目的，最终产物为无污染的CO₂和H₂O。但由于TiO₂光禁带较宽(Eg＝3.2eV，锐钛矿禁带宽度)，只能被紫外光激发，对可见光的吸收利用率很低，影响了其应用效果。为此，各种改性方法成为研究热点，以金属和非金属元素共掺杂对TiO₂进行改性，方法简单，可进一步提高TiO₂在可见光范围内的光催化性能。

目前使用的催化剂大部分为粉体TiO₂，粉末状TiO₂光催化剂存在吸附容量低、易失活、易团聚和难以回收的问题。催化剂的固定技术有无二次污染，可反复使用等优点，固定化TiO₂催化剂的制备是解决粉体TiO₂问题的有效手段。空心微珠(HGM)可漂浮于水面，增强与光的接触能力，同时微珠价格低廉，具有较高的比表面积，也便于回收和重复利用。因此，空心微珠可以作为光催化剂的较理想的载体。

本发明针对纳米TiO₂光催化剂存在的问题，以空心玻璃微珠为载体，提出一种结合掺杂与负载两种技术制备易分散、分离回收的一种可见光响应铬-硫共掺杂TiO₂/空心玻璃微珠复合催化剂。

发明内容

本发明的目的是要解决现有TiO₂催化剂对可见光的吸收利用率低，对有机染料的去除效果差和粉末状TiO₂光催化剂存在吸附容量低、易失活、易团聚和难以回收的问题，而提供一种可见光响应的铬和硫共掺杂TiO₂/空心玻璃微珠复合催化剂的制备方法及应用。

一种可见光响应的铬和硫共掺杂TiO₂/空心玻璃微珠复合催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、空心玻璃微珠预处理：

以浓度为0.5mol/L的NaOH溶液为超声波清洗剂，将空心玻璃微珠在超声功率为250W～300W下超声处理20min～40min，得到NaOH溶液清洗后的空心玻璃微珠；使用去离子水对NaOH溶液清洗后的空心玻璃微珠进行洗涤，至洗涤液为中性，再将洗涤后的空心玻璃微珠在温度为60℃～90℃下进行干燥，得到处理后的空心玻璃微珠；

二、制备溶胶：

①、将钛酸四丁酯、无水乙醇和冰醋酸混合，得到溶液A；

步骤二①中所述的钛酸四丁酯与无水乙醇的摩尔比为1:(20～25)；

步骤二①中所述的钛酸四丁酯与冰醋酸的摩尔比为1:(8～10)；

②、将Cr(NO₃)₃和K₂S₂O₈溶解到去离子水中，再加入无水乙醇和冰醋酸，得到溶液B；

步骤二②中所述的Cr(NO₃)₃和K₂S₂O₈的摩尔比为1:(1～2)；

步骤二②中所述的Cr(NO₃)₃的物质的量与去离子水的体积比为(1×10^-4mol～1.5×10^-4mol):9.4mL；

步骤二②中所述的Cr(NO₃)₃的物质的量与无水乙醇的体积比为(1×10^-4mol～1.5×10^-4mol):9.7mL；