CN103752273A - 一种水环境修复材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明的公开了一种水环境修复材料及其制备方法和应用，属于水处理技术领域，制备水环境修复材料的方法，包括以下步骤：1）TiO2前驱体的制备；2）制备氮掺杂TiO2/AC；还包括水环境修复材料的在吸附的有机污染物中的应用；本发明的水环境修复材料既能有效地吸附有机污染物，也能充分发挥TiO2的光催化作用，在太阳光下对吸附的有机污染物进行光解，达到水体生态修复和水质净化作用，应用广泛，同时该水环境修复材料的制备简单，无废气污物的排放，有益环境，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种水环境修复材料及其制备方法和应用。
背景技术
活性炭（AC）具有丰富的内部孔隙结构和较高的比表面积，是一种优良的吸附材料，尤其是吸附弱极性和非离子的共价分子，它是去除水中有机污染物最常用的吸附剂。但活性炭仅仅是吸附污染物，并没有对污染物进行降解。
1972 年，藤岛昭（Fujishima）等研究发现TiO2单晶在紫外光照射下可以将H2O分解成H2和O2，从此使得以TiO2为基础的多相光催化技术得到了人们的极大关注。TiO2是一种稳定的光化学物质，能有效光催化氧化水中几乎所有有机污染物，但是由于TiO2在紫外线下发挥光催化作用，使得TiO2的光催化作用未能充分发挥。以上方法对水环境修复效果均不能满足越来越高的使用需求。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种水环境修复材料，使其能在水体中有效吸附降解有机污染物。本发明的另一目的在于提供一种上述水环境修复材料的制备方法。本发明还有一面的是提供一种上述水环境修复材料的应用。
一种制备水环境修复材料的方法，包括以下步骤：
1）TiO2前驱体的制备：
将20~30mL的TiCl4滴加到10g粉末状AC的250mL的悬浮水溶液中，在0~5℃下水浴，以300r/min的速度强力搅拌1h后，继续滴加0.5mol/L的(NH4)2SO4和12mol/L的浓HCl溶液反应0.5~1h，反应过程中保持TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10；然后升温至95~100℃并保持1~1.5h，再以12~13mol/L的浓NH3·H2O调节pH值至7.5~8.5，继续反应1~1.5h；将固相产物于室温下陈化10~12h后洗涤，干燥和研磨，得到TiO2前驱体；
2）制备氮掺杂TiO2/AC：
将1.0g步骤1）制得的TiO2前驱体移入管式石英反应器，将携带NH3的N2通入氨水中，进入石英反应器，以10~20℃/min速度升温煅烧，尾气用酸吸收；在500℃，NH3/N2气氛中持续煅烧4h制备得到氮掺杂TiO2/AC。
步骤1）中所述的粉末状AC的粒径小于100目，比表面积为1150m2/g。
步骤1）反应过程中所述的TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10。
步骤2）所述的管式石英反应器的直径为2.5cm，N2的通入速度为20mL/min。
按照以上任一方法所制备的水环境修复材料。
所述的水环境修复材料的在吸附的有机污染物中的应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明的水环境修复材料既能有效地吸附有机污染物，也能充分发挥TiO2的光催化作用，在太阳光下对吸附的有机污染物进行光解，达到水体生态修复和水质净化作用，应用广泛，同时该水环境修复材料的制备简单，无废气污物的排放，有益环境，具有很好的实用性。
附图说明
图1为实施例1的氮掺杂TiO2/AC扫描电子显微镜图片；
图2为TON/AC光催化剂和苯酚降解率关系图；
图3为TON/AC光催化剂使用次数和苯酚降解率关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种制备水环境修复材料的方法，包括以下步骤：
1）TiO2前驱体的制备：
将20mL的TiCl4滴加到适量10g粉末状AC（AC的粒径小于100目，比表面积为1150m2/g）的250mL的悬浮水溶液中，在5℃下水浴，以300r/min的速度强力搅拌1h后，继续滴加0.5mol/L的(NH4)2SO4和12mol/L的浓HCl溶液反应0.5h，反应过程中保持TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10；然后升温至95℃并保持1h，再以12mol/L的浓NH3·H2O调节pH值至7.5，继续反应1h；将固相产物于室温下陈化10h后洗涤，干燥和研磨，得到TiO2前驱体；
2）制备氮掺杂TiO2/AC：
将1.0g步骤1）制得的TiO2前驱体移入管式石英反应器，将携带NH3的N2通入氨水中，N2的通入速度为20mL/min，进入石英反应器（直径为2.5cm），以10℃/min速度升温煅烧，尾气用酸吸收；在500℃，NH3/N2气氛中持续煅烧4h制备得到氮掺杂TiO2/AC。氮掺杂TiO2/AC扫描电子显微镜图，如图1所示。
实施例2
方法同实施例1的步骤2），其中：将1.0g TiO2移入直径为2.5cm管式石英反应器，将N2以20mL/min的速度通入石英反应器，以10℃/min速度升温煅烧；在500℃温度下煅烧4h制得TiO2-xNy光催化剂，标记为TiO2-4。
实施例3
方法同实施例1的步骤2），其中：将1.0g TiO2移入直径为2.5cm管式石英反应器，将N2以10mL/min的速度通入氨水中，携带NH3进入石英反应器，以10℃/min速度升温煅烧；在500℃温度下煅烧4h制得TiO2-xNy光催化剂，标记为TON-4。
实施例4
在0℃冰水浴和强力搅拌的条件下，将30mL的TiCl4滴加到10g粉末状AC的250mL悬浮水溶液中，AC的粒径小于100目，比表面积为1150m2/g；以300r/min的速度搅拌1h后滴加0.5mol/L的(NH4)2SO4和12mol/L的浓HCl溶液反应1h，反应过程中保持TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10；然后升温至100℃并保持1.5h，再以13mol/L的浓NH3·H2O调节pH值至8.5，继续反应1.5h；将固相产物于室温下陈化12h后洗涤，干燥和研磨，得到TiO2前驱体；将1.0gTiO2前驱体移入直径为2.5cm管式石英反应器，将N2以20mL/min通入石英反应器，以20℃/min速度升温煅烧，尾气用酸吸收；在500℃温度下煅烧4h制得TiO2-xNy/AC光催化剂，标记为TiO2/AC-4。
实施例5
在0℃冰水浴和强力搅拌的条件下，30mL的TiCl4滴加到10g粉末状AC的250mL悬浮水溶液中，AC的粒径小于100目，比表面积为1150m2/g；以300r/min的速度搅拌1h后滴加0.5mol/L的(NH4)2SO4和12mol/L的浓HCl溶液反应1h，反应过程中保持TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10；然后升温至100℃并保持1.5h，再以13mol/L的浓NH3·H2O调节pH值至8.5，继续反应1.5h；将固相产物于室温下陈化12h后洗涤，干燥和研磨，得到TiO2前驱体；将1.0gTiO2前驱体移入直径为2.5cm管式石英反应器，将携带NH3的N2以20mL/min通入石英反应器，以20℃/min速度升温煅烧，尾气用酸吸收；在500℃温度下通过调节煅烧时间和通气量来制备不同N掺量的TiO2-xNy/AC光催化剂，标记为TON/AC-n，其中n(n=2、3、4、5、6为煅烧时间，单位h)；AC质量分数为5%。
实施例6
称0.1g光催化剂（实施例1-5制备）倒入直径15cm的平皿，加0.05g/L的苯酚溶液100mL，在磁力搅拌下吸附30min，然后用保鲜膜封住平皿口，置于阳光下照射。催化剂反应40min后离心分离，然后直接加入到反应器中，循环进行光催化活性实验，分离性能的测试采用重力沉降法。
如图2，其中附图标记：1、P-25（纳米TiO2）；2、TiO2-4（由实施例2制备）；3、TiO2/AC-4（由实施例4制备）；4、TON/AC-2；5、TON/AC-3；6、TON/AC-4；7、TON/AC-5；8、TON/AC-6（由实施例5制备）；由实施例2和3可知，携带NH3后的N2制备的光催化剂TON-4对苯酚的降解率高于未携带NH3的N2制备的光催化剂TiO2-4；同时，由实施例2、3和实施例4、5对比可知，采用TiO2前驱体制备的光催化剂对苯酚降的降解率远远高于采用普通TiO2制备的光催化剂对苯酚的降解率；掺N后的TiO2/AC光催化剂太阳光活性显著提高，当煅烧时间为4h时，TON/AC-4催化活性最高。通过实施例6可知，TON/AC催化剂的分离性能优于TON，从附图3可以看出，TON/AC-4重复使用5次后对苯酚的降解率仍有80%，重复使用寿命远高于TON-4（由实施例3制备）。
Claims (6)
1.一种制备水环境修复材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）TiO2前驱体的制备：
将20~30mL的TiCl4滴加到10g粉末状AC的250mL的悬浮水溶液中，在0~5℃下水浴，以300r/min的速度强力搅拌1h后，继续滴加0.5mol/L的(NH4)2SO4和12mol/L的浓HCl溶液反应0.5~1h，反应过程中保持TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10；然后升温至95~100℃并保持1~1.5h，再以12~13mol/L的浓NH3·H2O调节pH值至7.5~8.5，继续反应1~1.5h；将固相产物于室温下陈化10~12h后洗涤，干燥和研磨，得到TiO2前驱体；
2）制备氮掺杂TiO2/AC：
将1.0g步骤1）制得的TiO2前驱体移入管式石英反应器，将携带NH3的N2通入氨水中，进入石英反应器，以10~20℃/min速度升温煅烧，尾气用酸吸收；在500℃，NH3/N2气氛中持续煅烧4h制备得到氮掺杂TiO2/AC。
2.根据权利要求1所述的制备水环境修复材料的方法，其特征在于：步骤1）中所述的粉末状AC的粒径小于100目，比表面积为1150m2/g。
3.根据权利要求1所述的制备水环境修复材料的方法，其特征在于：步骤1）反应过程中所述的TiCl4：(NH4)2SO4：HCl的摩尔比1:2:10。
4.根据权利要求1所述的制备水环境修复材料的方法，其特征在于：步骤2）所述的管式石英反应器的直径为2.5cm，N2的通入速度为20mL/min。
5.权利要求1-4中任一权项所制备的水环境修复材料。
6.权利要求5所述的水环境修复材料的在吸附的有机污染物中的应用。
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2014
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