[发明专利]复合光催化剂的制备方法、复合光催化剂以及染料废水的降解方法

说明书

本发明提供一种复合光催化剂的制备方法、复合光催化剂以及染料废水的降解方法，属于水污染治理领域。该复合光催化剂的制备方法，其包括：将钛酸丁酯、盐酸和石墨混合于乙醇溶液中，超声至得到凝胶，将凝胶干燥后研磨成粉末，煅烧得到石墨‑TiO₂；再将石墨‑TiO₂纳米颗粒分散于含有Fe₃O₄的混合溶液，加入NaOH和聚乙二醇后反应得到复合光催化剂石墨‑TiO₂@Fe₃O₄。该复合光催化剂的催化活性强，回收率高。将该复合光催化剂石墨‑TiO₂@Fe₃O₄与过硫酸盐协同性的应用于染料废水的降解中，通过该方法，能够实现对如茜素红这类难降解的偶氮染料，降解率高达90％以上。

技术领域

本发明涉及水污染治理领域，尤其涉及一种复合光催化剂的制备方法、复合光催化剂以及染料废水的降解方法。

背景技术

偶氮染料广泛应用于纸张印刷、纺织和皮革的制造过程，由于其高毒性、致癌性和致突变性对生态环境造成了显著的风险。大多数的偶氮染料由于其复杂的结构而难以降解，例如茜素红是一种蒽醌染料，固体形态是粉末状的，易溶于水，毒性很大，但难于降解。因此光催化氧化技术已成为处理偶氮染料废水的热点之一。

TiO₂光催化剂具有稳定性、高氧化能力和生态友好等优点被广泛应用于光催化技术中。由于TiO₂具有禁带宽度(3.0-3.2eV)将TiO₂限制在紫外光部分、光生电子空穴(e/h)对的快速复合导致量子产率低、从处理后的废水中回收粉状TiO₂催化剂是困难和昂贵等问题。

过硫酸盐在水溶液中可通过UV、热、过渡金属等多种方式活化产生SO₄^-·，其具有比·OH更稳定的结构、更长的半衰期和更强的氧化还原电位。然而，传统活化方式存在pH应用范围窄、反应过程易产生铁泥、催化剂不能循环使用等问题。

目前所报道的光催化剂的制备不易回收，活化过硫酸盐的方式存在耗能大、步骤繁琐、易产生二次污染等问题。如专利(CN202010356595.X)提出的“一种利用UV加热活化过硫酸盐处理染料废水的方法”，虽可以活化过硫酸盐，但仅限于紫外条件下，同时光照射光催化剂产生的电子与空穴易复合，降低了催化效率，同时光催化剂不易回收。另如专利(CN111153485 A)提出“一种高效活化过硫酸盐的组合物及其应用”，利用纳米金属硫化物和铁离子的组合物活化过硫酸盐处理多氯联苯废水。然而，Fe²⁺溶液的保存难度较大且易被溶解氧等氧化而失效，从而导致利用率低。另外，如报道中所示在可见光下PP@Au-TiO₂降解20mg/L的茜素红，3h后降解效率仅为80％；Ce³⁺/Ce⁴⁺/Bi₂O₃/Vis降解20mg/L的茜素红，2h后降解效率仅为为78％；以上报道均为在较低茜素红浓度下，降解时间较长，降解效率低。

鉴于此，本申请提出一种复合光催化剂的制备方法、复合光催化剂以及染料废水的降解方法。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂的催化活性强，回收率高，可用于对染料废水进行高效降解。

本发明的第二目的在于提供一种染料废水的降解方法，该方法既可以抑制TiO₂中的电子与空穴的再复合，并产生羟基自由基，又可以活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，其能够在可见光下高效处理染料有机废水并实现催化剂的重复利用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合光催化剂的制备方法，其包括：