CN104289243B - 可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂及制备和应用 - Google Patents

可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂及制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂及其制备方法和应用，将钛酸酯和乙醇混合并搅拌1小时做为钛源；在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1小时作为氮源，在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1小时作为钒源，将氮源和钒源混合为水溶液；将得到的水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2小时后形成溶胶；酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4小时，得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂。本方法制备出的负载型二氧化钛光催化剂具有良好的透光性和可见光活性，对实际四环素废水有降解效果。

Description

可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂及制备和应用
技术领域
本发明涉及一种可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂及其制备方法和应用，该制备方法可以将具有可见光活性的催化剂固定于石英纤维表面，并将该催化剂用于四环素废水处理。
背景技术
四环素生产过程中产生的反应母液是高浓度废水，成分复杂，有机物、悬浮颗粒物含量较高，含有难降解物质和抑菌作用的四环素类抗生素及其中间代谢产物，呈深褐色，有强烈刺激气味，可生化性较差，具有一定的生物毒性。目前国内外应用的处理技术不够成熟，四环素废水实际处理率很低。
光催化处理技术具有在常温常压下进行，能彻底破坏有机物，分解速度快，没有二次污染。光催化技术中的选择的光催化剂是技术关键。二氧化钛作为一种宽禁带半导体，由于其化学性质稳定、高效的光催化活性，是光催化技术常用的催化剂。但二氧化钛（锐钛矿型）的禁带宽度为3.2eV，吸收波长小于388nm，吸收波段为紫外光区，严重制约其在光催化等方面的实际应用。二氧化钛掺杂碳、氟、氮、硫、钒、铁、镍等多种非金属元素或过渡金属可以提高其光催化活性，扩展其可见光响应范围。近年来研究表明，金属-非金属元素共掺杂的协同效应比单个元素掺杂更能增强二氧化钛的光催化活性。由于光催化反应只发生在光催化剂表面，粒径大小对催化效果有直接影响，但降低催化剂粒径不利于催化剂在实际废水处理中的分离。因此制备负载型光催化剂有利于光催化技术的应用推广。其中石英纤维具有良好的延展性和透光性，适合做光催化剂载体。研究者围绕金属钒-非金属元素硫共掺杂玻璃纤维负载型二氧化钛的制备做了一些研究。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有可见光活性二氧化钛/石英纤维光催化剂及制备和应用。
一种可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将钛酸酯和乙醇混合并搅拌1小时做为钛源；
（2）在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1小时作为氮源，在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1小时作为钒源，将氮源和钒源混合为水溶液；
（3）将步骤（3）得到的水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2小时后形成溶胶；
（4）酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4小时，得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂。
所述钛酸酯和乙醇的摩尔比为1：50～200。
所述石英纤维为纤维直径0.7～10μm，二氧化硅含量≥99.95%的石英棉、石英布、石英毡、石英纤维套、石英纤维纱线、石英纤维带中的一种或其组合。
所述二氧化钛和石英纤维的质量比为1：1～5。
所述钛酸酯为钛酸异丙酯，或钛酸四丁酯。
所述钛酸酯和乙醇、柠檬酸、尿素、偏钒酸铵、草酸的摩尔比例为1：50～200：2：0.05～0.3：0.01～0.05：0.02～0.1。
一种可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂，其特征在于，根据上述任一方法制备得到。
所述可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂在四环素废水处理的应用。
负载型光催化剂性能评价在石英管中进行，100mL四环素废水中加入负载型光催化剂，催化剂用量为2mg/mL，用氙灯光源催化降解240min后，测定废水催化前后的TOC，计算得出光催化剂对四环素废水的光催化降解率。本方法制备出的负载型二氧化钛光催化剂具有良好的透光性和可见光活性，对实际四环素废水有降解效果。可见光活性的透光性较强，4h内对四环素废水COD处理效果高于30%的负载型二氧化钛光催化剂。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例：
实施例1：
将钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和乙醇混合并搅拌1h作为钛源。在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1h作为氮源。在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1h作为钒源。将氮源和钒源混合为水溶液。将上述水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2h后形成溶胶。酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4h得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂。钛酸酯和乙醇、柠檬酸、尿素、偏钒酸铵、草酸的摩尔比例为1：200：2：0.3：0.03：0.06。二氧化钛和石英纤维的质量比为1：5。光催化剂对四环素废水TOC的降解率为32.6%。
实施例2：
将钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和乙醇混合并搅拌1h作为钛源。在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1h作为氮源。在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1h作为钒源。将氮源和钒源混合为水溶液。将上述水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2h后形成溶胶。酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4h得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂。钛酸酯和乙醇、柠檬酸、尿素、偏钒酸铵、草酸的摩尔比例为1：50：2：0.2：0.05：0.1。二氧化钛和石英纤维的质量比为1：2。光催化剂对四环素废水TOC的降解率为36.2%。
实施例3：
将钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和乙醇混合并搅拌1h作为钛源。在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1h作为氮源。在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1h作为钒源。将氮源和钒源混合为水溶液。将上述水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2h后形成溶胶。酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4h得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂。钛酸酯和乙醇、柠檬酸、尿素、偏钒酸铵、草酸的摩尔比例为1：100：2：0.1：0.05：0.1。二氧化钛和石英纤维的质量比为1：1。光催化剂对四环素废水TOC的降解率为34.9%。
实施例4：
将钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和乙醇混合并搅拌1h作为钛源。在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1h作为氮源。在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1h作为钒源。将氮源和钒源混合为水溶液。将上述水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2h后形成溶胶。酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4h得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂。钛酸酯和乙醇、柠檬酸、尿素、偏钒酸铵、草酸的摩尔比例为1：100：2：0.05：0.02：0.04。二氧化钛和石英纤维的质量比为1：1。光催化剂对四环素废水TOC的降解率为42.6%。

Claims (3)

1.一种可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将钛酸酯和乙醇混合并搅拌1小时做为钛源；
（2）在去离子水中依次加入柠檬酸、尿素，搅拌1小时作为氮源，在去离子水中加入草酸和偏钒酸铵，搅拌1小时作为钒源，将氮源和钒源混合为水溶液；
（3）将步骤（3）得到的水溶液逐滴加入到钛源中，40℃剧烈搅拌2小时后形成溶胶；
（4）酸洗水洗过的石英纤维放入溶胶中浸渍，静置陈化5天后烘干，400℃焙烧4小时，得到可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂；
所述钛酸酯和乙醇的摩尔比为1：50～200；
所述石英纤维为纤维直径0.7～10μm，二氧化硅含量≥99.95%的石英棉、石英布、石英毡、石英纤维套、石英纤维纱线、石英纤维带中的一种或其组合；
所述二氧化钛和石英纤维的质量比为1：1～5；
所述钛酸酯为钛酸异丙酯，或钛酸四丁酯；
所述钛酸酯和乙醇、柠檬酸、尿素、偏钒酸铵、草酸的摩尔比例为1：（50～200）：2：（0.05～0.3）：（0.01～0.05）：（0.02～0.1）。
2.一种可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂，其特征在于，根据权利要求1所述方法制备得到。
3.由权利要求2所述可见光活性的二氧化钛/石英纤维光催化剂在四环素废水处理的应用。
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