CN104986947A - 一种光敏石英管制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光敏石英管及其制备方法，属于化学化工领域。该制备方法选用Al2O3、硅酸铋作为掺杂原料按一定比例获得新型石英玻璃管，改变其石英玻璃管的热稳定性及光透光率，使其具备特有高光敏性。该光敏石英管在185-500波长范围内具有高效光催化活性，能够在紫外光波段、可见光波段催化氧化降解有机化合物。可以广泛运用于居民用水设备，独立式空气净化器，壁挂式空气净化设备，管道空气处理单元，城市水处理系统，空气处理设备，降低能耗，是一种环保清洁新材料。

Description

一种光敏石英管制备方法
技术领域
本发明涉及一种在石英管制备过程中掺杂氧化铝、硅酸铋的制备技术，属于化学化工领域。
背景技术
石英管主要成分是SiO2，其热膨胀系数小，具有很好的耐高温性、热传导性、热稳定性、光学性质，化学稳定性，已越来越广泛应用到工业及民用产品上。目前市场上存在一些光分解用玻璃管，但是存在分解油脂气体效果慢、有异味、高耗能等特点。近年来， 铋系半导体材料因其在紫外、可见光辐照下对难降解有机物具有良好的催化作用而成为新型光催化材料的研究热点之一。铋系光催化剂在可见光范围内有明显的吸收，具有较好的光催化活性。此外，大多数铋系光催化剂在反应过程中具有较高的稳定性。通过改进制备方法，掺杂负载、构建异质结等技术，可以有效提高铋系半导体材料的光催化性能。硅酸铋中Bi3+基态电子组态为6s2,构成能级1S0，激发态组态为6s16p1,构成3P0、3P1、3P2和1P1能级，能发生电子的跃迁。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有高效光催化效果的新型光敏石英管的制备方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种光敏石英管的制备方法，其步骤如下：
（1）选取SiO2含量在99.95%以上的石英石作为原料，将其经过原石酸浸、煅烧、水淬、粉碎、反应釜酸洗、浮选、烤砂、高温氯化提纯一系列预处理步骤，得到高纯石英砂；
（2）将氧化铝和硅酸铋掺杂物按一定比例混合粉粹，得到粒径≤300μm的微粒，用水混合溶解，将所得悬浊液经雾化装置在0.8MPa压力下均匀的喷在高纯石英砂上；
（3）将喷上掺杂剂的石英砂投入烤砂机进行烘烤；
（4）烘干后装桶包装，运至连熔炉处投料；
（5）通过连熔炉内多层发热体调节炉内温度，使连熔炉内产生特定的温度区间，炉内石英与掺杂物在高温状态下达到均熔化；当炉内温度稳定状态下，掺杂物已经与炉内的石英熔料熔入一体，并一次性达到掺杂效果。
（6）通过开启连熔炉变频牵引机，控制石英管成型的管径和速度，直至达到石英管成型，真空脱羟至羟基含量≤1ppm。
优选地，步骤（1）中高纯度石英砂的纯度达到99.99%。        
优选地，步骤（3）中烘烤温度为850℃-900℃。
优选地，步骤（5）温度区间0-2200度，加热时间为6小时，炉内温度稳定在2200℃。
将制备的掺杂氧化铝/硅酸铋的石英管应用于光催化降解实验，以罗丹明B和甲基橙水溶液作为目标降解物及进行光催化降解处理，取得了较好的降解效果。
本发明与现有技术相比，选用Al2O3、硅酸铋作为掺杂原料按一定比例获得新型石英玻璃管，通过熔炉内产生特定的温度区间，将二氧化硅四面体部分共价键断裂，引入掺杂离子以达到特定光波长的高光通过率，改变其石英玻璃管的热稳定性及光透光率，使其具备特有高光敏性。该光敏石英管在185-500波长范围内具有高效光催化活性，能够在紫外光、可见光波段辐射下光催化氧化降解有机化合物。本发明制备方法工艺简单，光催化性能稳定，且通过调节成型器尺寸比例额可以产出厚壁管材以满足特定工作环境的视野要求。可以广泛运用于居民用水设备，独立式空气净化器，壁挂式空气净化设备，管道空气处理单元，城市水处理系统，空气处理设备，降低能耗，是一种环保清洁新材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
制备方法：选取SiO2含量在99.95%以上的石英石作为原料，将其经过原石酸浸、煅烧、水淬、粉碎、反应釜酸洗、浮选、烤砂、高温氯化提纯一系列预处理步骤，得到纯度达到99.99%高纯石英砂；将氧化铝和硅酸铋掺杂物按一定比例混合粉粹，得到粒径≤300μm的微粒，用水混合溶解，将所得悬浊液经雾化装置在0.8MPa压力下均匀的喷在高纯石英砂上；将喷上掺杂剂的石英砂投入烤砂机进行烘烤，烘烤温度为850℃-900℃；烘干后装桶包装，运至连熔炉处投料；通过连熔炉内多层发热体调节炉内温度至2200度，加热时间6小时，炉内石英与掺杂物在高温状态下达到均熔化；当炉内温度稳定在2200℃时，掺杂物已经与炉内的石英熔料熔入一体，并一次性达到掺杂效果。开启连熔炉变频牵引机，控制石英管成型的管径和速度，直至达到石英管成型，真空脱羟至羟基含量≤1ppm。
将制备的掺杂氧化铝/硅酸铋的石英管应用于光催化降解实验，以罗丹明B作为目标降解物进行光催化降解处理，掺杂石英管研磨超声粉碎制得浓度为1g/L，罗丹明B 浓度为5mg/L，在紫外光照射3h和可见光照射5h 后罗丹明B 的降解率分别达到87.45%和85.12%。
实施例2：
制备方法同实施例1。
将制备的掺杂氧化铝/硅酸铋的石英管应用于光催化降解实验，以甲基橙水溶液作为目标降解物进行光催化降解处理，掺杂石英管研磨超声粉碎制得浓度为1g/L，甲基橙水溶液浓度为20mg/L，在紫外光照射3h和可见光照射5h 后甲基橙的降解率分别达到92.11%和90.01%。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种光敏石英管的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
选取SiO2含量在99.95%以上的石英石作为原料，将其经过原石酸浸、煅烧、水淬、粉碎、反应釜酸洗、浮选、烤砂、高温氯化提纯一系列预处理步骤，得到高纯石英砂；
将氧化铝和硅酸铋掺杂物按一定比例混合粉粹，得到粒径≤300μm的微粒，用水混合溶解，将所得悬浊液经雾化装置在0.8MPa压力下均匀的喷在高纯石英砂上；
将喷上掺杂剂的石英砂投入烤砂机进行烘烤；
烘干后装桶包装，运至连熔炉处投料；
通过连熔炉内多层发热体调节炉内温度，使连熔炉内产生特定的温度区间，炉内石英与掺杂物在高温状态下达到均熔化；当炉内温度稳定状态下，掺杂物已经与炉内的石英熔料熔入一体，并一次性达到掺杂效果；
通过开启连熔炉变频牵引机，控制石英管成型的管径和速度，直至达到石英管成型，真空脱羟至羟基含量≤1ppm。
2.根据权利要求1所述的一种光敏石英管的制备方法，其特征在于，步骤（1）中高纯度石英砂的纯度达到99.99%。
3.根据权利要求1所述的一种光敏石英管的制备方法，其特征在于，步骤（3）中烘烤温度为850℃-900℃。
4.根据权利要求1所述的一种光敏石英管的制备方法，其特征在于，步骤（5）温度区间0-2200度，加热时间为6小时，炉内温度稳定在2200℃。
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