CN107986381B - 一种共掺杂的TiO2光催化剂降解废水的工艺 - Google Patents
一种共掺杂的TiO2光催化剂降解废水的工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107986381B CN107986381B CN201711254908.5A CN201711254908A CN107986381B CN 107986381 B CN107986381 B CN 107986381B CN 201711254908 A CN201711254908 A CN 201711254908A CN 107986381 B CN107986381 B CN 107986381B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- alumina crucible
- mixture
- room temperature
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 36
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 claims description 10
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 9
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 9
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 4
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims description 4
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 claims description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 2
- 206010007269 Carcinogenicity Diseases 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000007670 carcinogenicity Effects 0.000 description 1
- 231100000260 carcinogenicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000007886 mutagenicity Effects 0.000 description 1
- 231100000299 mutagenicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002165 photosensitisation Effects 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/30—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the textile industry
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光催化降解染料废水的处理工艺，其采用的可见光催化剂为金属Fe与非金属N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2光催化剂。该催化剂首先制得具有薄多层核壳结构的无序纳米包裹型TiO2，然后在其表面及晶格中掺Fe并在晶格中掺杂N，结构的特异性及Fe、N元素的共掺杂共同提升了TiO2对有机染料的光催化降解活性。本发明解决了现有技术中染料废水降解效率低的问题，适用于降解污染水体中的有机染料。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化降解染料废水的处理工艺，采用Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2光催化剂，该光催化剂其特殊的结构及Fe、N元素在TiO2晶格间的掺杂显著提升了TiO2光催化剂的可见光催化活性，该处理工艺具有操作简单、成本低廉、降解效率高等优点。
背景技术
在纺织印染加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的助剂，这些助剂大多以液体的形态排放，不可避免地进入水体环境，造成水体污染。如罗丹明B染料具有致癌和致突变性，含有罗丹明B的废水色度深、有机污染物含量高、生物降解性差，用常规的方法如物理吸附法、芬顿法等难以治理，导致污染水质长期恶化，严重危害水体环境和人类的健康，因此对这类废水的降解处理显得十分重要和紧迫。
但是如何高效低成本地使用清洁能源，仍然是一个巨大的挑战并且具有深远的意义。所以人们迫切需要开发利用环保和高储能的新能源如太阳能、风能、潮汐能、生物能、氢能、海洋能等，能够经济有效地替代化石和矿物资源，在保护环境和人类健康的前提下，实现能源的有效转化并且不影响人们正常的生活。近年来大量新型环保材料应运而生。纳米TiO2材料正是这种能够净化环境和高效利用太阳能的绿色功能材料。它不仅具有氧化能力强、优异的化学稳定性、能量消耗第、无后续二次污染等优点，而且还具有价格低廉、无毒无害、可长期使用等特点，因此近年来备受光催化科研工作者的青睐和关注，并且将其广泛应用于新能源领域如染料敏华太阳能电池、光解水产氢、微波吸附、光吸附、生物医药处理、光伏电池、光催化、锂离子电池等。
但半导体TiO2材料也存在一些严重的缺陷，例如纯TiO2光催化剂的光生电子空穴对的寿命短，光吸收范围窄和光转换效率低，限制了固体粉末催化剂的应用。所以需要对纳米二氧化钛的形貌进行修饰和改性研究，提高其对太阳光吸收效率已经迫在眉睫。因此，合理地运用太阳能和半导体氧化物制备氢能和有效地治理环境将受到人们越来越多的重视。
自1972年日本科学家Fujishima和Honda发现紫外光照射条件下太阳能光伏电池的TiO2电极时发生了光解水的有趣现象以来，将近半个世纪以来，科研工作者们投入大量的精力研究TiO2的改性，阐述分析其催化机理，随着研究的不断深入，光催化反应机理愈加清晰明了，关于TiO2的研究快速成了焦点，而在各个方面也取得了不同程度的进步，可是从整体上依旧处于实验室的理论研究阶段，距离工业化应用还有很大距离，为了有效地提高TiO2催化剂的催化活性，目前所采用的方法包括窄带隙半导体与之复合、金属非金属离子的掺杂、贵金属沉积、表面的光敏化等方法来改变催化剂内部晶型结构以及外部的表面组成及性质减小催化剂的带隙距离，提高催化剂对可见光的吸收能力达到增强TiO2光催化性能的目的。
近年来，Mao等采用了一种突破性的氢化方法制备了一张无序纳米TiO2，由此方法制备成的TiO2的禁带宽度只有1.54eV，具备非常出色的可见光吸收性能以及光解水制氢的性能，但对其进行掺杂改性，并将其用于光催化剂降解水体中的有机污染物及相关的降解工艺则尚未有系统的研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光催化降解染料废水的处理工艺，其采用光催化的方式降解其中的染料，所采用的光催化剂为Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2。
实现本发明的技术方案：采用一种可见光降解的方式处理染料废水，并制备了一种Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2光催化剂。
该可见光降解染料废水的处理工艺，包括如下步骤：
将Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2光催化剂添加到浓度为5mg/L～20mg/L染料废水中，在400W～600W的氙灯下进行常温、搅拌可见光催化反应0.5～3h，所述光催化剂与染料废水的比值为30～50g：100L，氙灯与所述染料废水的液面距离为18cm～22cm，待光照反应一段时间后，关闭氙灯，完成对染料的降解。
所述的染料为甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B中的至少一种。
该Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、无序纳米包裹型TiO2的制备：
a、将TiO2和NaBH4混合，研磨0.5～1h，得到混合物，所述TiO2与NaBH4的质量比为1：（0.6～0.7）；
b、将步骤a得到的混合物移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氮气气氛下以10℃/min～20℃/min的速率从室温升温至300℃～400℃，并在该条件下维持0.5～1h，然后随炉冷却至室温，得到反应后的粉末；
c、将步骤b得到的粉末移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氩气气氛下以10℃/min～20℃/min的速率从室温升温至300℃～400℃，并在该条件下维持0.5～1h，然后随炉冷却至室温，并用乙醇和水多次洗涤并干燥，得到反应后的粉末；
d、将步骤c得到的粉末再次与NaBH4混合，研磨1～2h，得到混合物，所述步骤c得到的粉末与NaBH4的质量比为1：(0.8～0.9)；
e、将步骤d得到的混合物移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氩气气氛下以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至300℃～400℃，并在该条件下维持0.5～1h，然后随炉冷却，得到反应后的粉末；
f、用乙醇和去离子水对反应后的粉末依次分别洗涤2～5次，最后在鼓风干燥箱中进行干燥，得到TiO2粉末；
g、将步骤f得到的TiO2粉末移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，在空气气氛下以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至300℃～500℃，并在该条件下处理0.5～2h，然后随炉冷却至室温，得到无序纳米包裹型TiO2。
该无序纳米包裹型TiO2具有多层核壳结构，由内而外依次为TiO2晶体核、还原非晶层、氧化晶体层、还原非晶层、氧化晶体层，层厚逐渐变薄并且紧密接触，该薄多层核壳结构增强了光生电子的快速传导及其与空穴的分离。
二、Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2的制备：
配制100mL浓度为0.1～0.8mol/L的FeCl3溶液，向其中加入一定量步骤一制得的无序纳米包裹型TiO2，将溶液加热至50～70℃，搅拌30min，随后用去离子水洗涤，并于120～150℃条件下烘干0.5～2h，其中无序纳米包裹型TiO2与FeCl3的质量比为1：(0.05～0.2)。
三、Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2的制备：
将一定量步骤二制得的Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2与尿素混合均匀，并置于充满惰性气氛的管式炉内，以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至400℃～500℃，并维持2h，然后随炉冷却至室温，得到Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2，其中Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2与尿素的质量比为1：(0.3～0.5)。
甲基橙（Methyl Orange，MO）专业名称：4’-二甲氨基-4-偶氮苯磺酸钠，化学式C14H14N3O3SNa，在水中的吸光系数大，如果在水中存在会造成水体污染，因此选择MO作为目标污染物来模拟评估催化材料的催化效率。
具体的测试方法如下：配制10mg/L的MO溶液100mL作为反应污染物，加入适量的Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2，放在超声清洗器中进行超声分散一定的时间。然后将该溶液放入暗箱中，在滤除紫外光的氙灯照射下，考察不同时间催化剂的降解活性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、与现有技术相比，本发明的处理方法操作简单，反应条件容易控制、成本低廉，具有潜在的工业化应用前景；
2、本发明光催化剂的制备条件温和，操作简单，危险性小。用简单的退火步骤制备了具备多层核壳结构的TiO2，这种特殊多层核壳结构的TiO2光催化剂更有效地抑制了光生电子和空穴的复合，延长电子和空穴的寿命，增大了电子浓度，使其作为光催化剂用于降解染料时的活性得到明显的提高；
3、Fe的掺杂使得Fe元素能够负载在TiO2的表面并且部分进入TiO2的晶格中，引起晶格畸变，Fe元素提高了TiO2催化剂的比表面，其能够提高催化剂对可见光的光吸收能力，从而提高材料的可见光催化效率；
4、N的掺杂使得N元素能够进入TiO2的晶格中，引起晶格畸变，N元素提高了TiO2催化剂的比表面，其能够提高催化剂对可见光的光吸收能力，从而提高材料的可见光催化效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述本发明的方案。
实施例1
一、无序纳米包裹型TiO2的制备：
a、将TiO2和NaBH4混合，研磨0.5h，得到混合物，所述TiO2与NaBH4的质量比为1：0.65；
b、将步骤a得到的混合物移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氮气气氛下以10℃/min的速率从室温升温至350℃，并在该条件下维持0.5h，然后随炉冷却至室温，得到反应后的粉末；
c、将步骤b得到的粉末移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氩气气氛下以10℃/min的速率从室温升温至400℃，并在该条件下维持0.5h，然后随炉冷却至室温，并用乙醇和水多次洗涤并干燥，得到反应后的粉末A；
d、将步骤c得到的粉末A再次与NaBH4混合，研磨1.5h，得到混合物，所述步骤c得到的粉末A与NaBH4的质量比为1：0.85；
e、将步骤d得到的混合物移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氩气气氛下以2℃/min的速率从室温升温至400℃，并在该条件下维持0.5h，然后随炉冷却，得到反应后的粉末；
f、用乙醇和去离子水对反应后的粉末依次分别洗涤2～5次，最后在鼓风干燥箱中进行干燥，得到TiO2粉末；
g、将步骤f得到的TiO2粉末移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，在空气气氛下以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至300℃～500℃，并在该条件下处理0.5～2h，然后随炉冷却至室温，得到无序纳米包裹型TiO2粉末B。
二、Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2的制备：
配制100mL浓度为0.45mol/L的FeCl3溶液，向其中加入一定量步骤一制得的无序纳米包裹型TiO2，将溶液加热至65℃，搅拌30min，随后用去离子水洗涤，并于135℃条件下烘干1h，其中无序纳米包裹型TiO2与FeCl3的质量比为1：0.1。
三、Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2的制备：
将一定量步骤二制得的Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2与尿素混合均匀，并置于充满惰性气氛的管式炉内，以2℃/min的速率从室温升温至400℃，并维持2h，然后随炉冷却至室温，得到Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2，其中Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2与尿素的质量比为1：0.4。
MO废水的处理工艺如下：配制四份10mg/L的MO溶液100mL作为反应污染物，分别向其中加入0.05g实施例1中制备的未经掺杂的粉末A、未经掺杂的粉末B、Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2以及Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2，放在超声清洗器中进行超声分散0.5h。然后将该溶液放入暗箱中30min，保持氙灯与染料废水的液面距离为20cm，在滤除紫外光的氙灯照射下，每隔30min取样分析样液中MO的浓度，从而考察不同时间催化剂的降解活性，具体数据参见下表1。
表1. 不同样品的光催化活性测试
由表1中的数据分析可知，相比只经过一次还原、氧化处理的粉末A而言，经过两次还原、氧化处理的无序纳米包裹型TiO2的光催化降解MO的活性要明显更强，这是由于两次处理后引入的由内而外渐薄多层核壳结构增强了光生电子的快速传导及其与空穴的分离，从而增强了TiO2的光催化活性。此外，从上表中同样可以看出，Fe、N元素的共掺杂同样能够显著提升无序纳米包裹型TiO2的光催化活性。由此可见，本发明的方案制得的Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2具有优异的光催化剂降解效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种可见光降解染料废水的处理工艺，包括如下步骤：
将金属非金属共掺杂的掺杂的无序纳米包裹型TiO2光催化剂添加到浓度为5mg/L～20mg/L染料废水中，在400W～600W的氙灯下进行常温、搅拌可见光催化反应0.5～3h，所述光催化剂与染料废水的比值为30～50g：100L，氙灯与所述染料废水的液面距离为18cm～22cm，待光照反应一段时间后，关闭氙灯，完成对染料的降解；
所述的染料为甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B中的至少一种；
所述的金属非金属共掺杂的无序纳米包裹型TiO2可见光催化剂的制备方法为先制备具有薄多层核壳结构的无序纳米包裹型TiO2，然后在TiO2表面及晶格中掺杂Fe元素并在晶格中掺杂N元素制得；
所述薄多层核壳结构的无序纳米包裹型TiO2的制备方法如下：
a、将TiO2和NaBH4混合，研磨0.5～1h，得到混合物，所述TiO2与NaBH4的质量比为1：（0.6～0.7）；
b、将步骤a得到的混合物移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氮气气氛下以10℃/min～20℃/min的速率从室温升温至300℃～400℃，并在该条件下维持0.5～1h，然后随炉冷却至室温，得到反应后的粉末；
c、将步骤b得到的粉末移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氩气气氛下以10℃/min～20℃/min的速率从室温升温至300℃～400℃，并在该条件下维持0.5～1h，然后随炉冷却至室温，并用乙醇和水多次洗涤并干燥，得到反应后的粉末；
d、将步骤c得到的粉末再次与NaBH4混合，研磨1～2h，得到混合物，所述步骤c得到的粉末与NaBH4的质量比为1：(0.8～0.9)；
e、将步骤d得到的混合物移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，氩气气氛下以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至300℃～400℃，并在该条件下维持0.5～1h，然后随炉冷却，得到反应后的粉末；
f、用乙醇和去离子水对反应后的粉末依次分别洗涤2～5次，最后在鼓风干燥箱中进行干燥，得到TiO2粉末；
g、将步骤f得到的TiO2粉末移入氧化铝坩埚中，再置于管式炉中，在空气气氛下以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至300℃～500℃，并在该条件下处理0.5～2h，然后随炉冷却至室温，得到无序纳米包裹型TiO2；
所述在TiO2晶格中掺杂Fe元素的方法如下：配制100mL浓度为0.1～0.8mol/L的FeCl3溶液，向其中加入一定量制得的无序纳米包裹型TiO2，将溶液加热至50～70℃，搅拌30min，随后用去离子水洗涤，并于120～150℃条件下烘干0.5～2h，其中无序纳米包裹型TiO2与FeCl3的质量比为1：(0.05～0.2)；
在TiO2晶格及表面掺N的方法如下：将一定量制得的Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2与尿素混合均匀，并置于充满惰性气氛的管式炉内，以2℃/min～5℃/min的速率从室温升温至400℃～500℃，并维持2h，然后随炉冷却至室温，得到Fe、N共掺杂的无序纳米包裹型TiO2，其中Fe掺杂的无序纳米包裹型TiO2与尿素的质量比为1：(0.3～0.5)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711254908.5A CN107986381B (zh) | 2017-12-02 | 2017-12-02 | 一种共掺杂的TiO2光催化剂降解废水的工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711254908.5A CN107986381B (zh) | 2017-12-02 | 2017-12-02 | 一种共掺杂的TiO2光催化剂降解废水的工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107986381A CN107986381A (zh) | 2018-05-04 |
| CN107986381B true CN107986381B (zh) | 2021-07-09 |
Family
ID=62035185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711254908.5A Active CN107986381B (zh) | 2017-12-02 | 2017-12-02 | 一种共掺杂的TiO2光催化剂降解废水的工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107986381B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103831123A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-06-04 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种共掺杂TiO2催化剂及其制备方法 |
| CN104492469A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-08 | 常州大学 | 一种铁氮掺杂二氧化钛复合光催化剂制备方法 |
| CN105327717A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-02-17 | 湖南科技大学 | SiO2-介孔TiO2空心微球封装纳米金环己烷氧化催化剂及其制备和应用 |
| CN105771948A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-07-20 | 哈尔滨师范大学 | 具有高光催化制氢性能的双壳二氧化钛催化剂及其制备方法 |
| CN106513017A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-22 | 华南理工大学 | 一种复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2861386B1 (fr) * | 2003-10-23 | 2006-02-17 | Saint Gobain | Substrat, notamment substrat verrier, portant une couche a propriete photocatalytique revetue d'une couche mince protectrice. |
| FR2861385B1 (fr) * | 2003-10-23 | 2006-02-17 | Saint Gobain | Substrat, notamment substrat verrier, portant au moins un empilement couche a propriete photocatalytique sous couche de croissance heteroepitaxiale de ladite couche |
| CN1562464A (zh) * | 2004-03-31 | 2005-01-12 | 深圳清华大学研究院 | 磁性纳米TiO2复合光催化剂及其制备方法 |
| CN103551198B (zh) * | 2013-11-19 | 2015-10-07 | 南京工业大学 | 一种磁控动态纤毛状仿生光催化阵列及其制备方法 |
| WO2016066869A1 (es) * | 2014-10-30 | 2016-05-06 | Abengoa Research, S.L. | Catalizador microporoso con encapsulación selectiva de óxidos metálicos útil para producir precursores de butadieno |
| EP3722272B1 (en) * | 2015-10-21 | 2023-08-30 | Exelus, Inc. | Process of making olefins or alkylate by reaction of methanol and/or dme or by reaction of methanol and/or dme and butane |
-
2017
- 2017-12-02 CN CN201711254908.5A patent/CN107986381B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103831123A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-06-04 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种共掺杂TiO2催化剂及其制备方法 |
| CN104492469A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-08 | 常州大学 | 一种铁氮掺杂二氧化钛复合光催化剂制备方法 |
| CN105327717A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-02-17 | 湖南科技大学 | SiO2-介孔TiO2空心微球封装纳米金环己烷氧化催化剂及其制备和应用 |
| CN105771948A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-07-20 | 哈尔滨师范大学 | 具有高光催化制氢性能的双壳二氧化钛催化剂及其制备方法 |
| CN106513017A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-22 | 华南理工大学 | 一种复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107986381A (zh) | 2018-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110180548B (zh) | 一维氧化铟中空纳米管/二维铁酸锌纳米片异质结复合材料及其在去除水体污染物中的应用 | |
| CN107986380B (zh) | 一种N掺杂包裹型TiO2光催化剂降解废水的工艺 | |
| CN104128184B (zh) | 一种漂浮型CoFe2O4/TiO2/漂珠复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN105749893A (zh) | 一种表面负载纳米二氧化钛的改性活性炭纤维丝的制备方法 | |
| CN111068715B (zh) | Ag/Bi2O3/CuBi2O4纳米纤维复合光催化剂的制备方法 | |
| CN111530490A (zh) | 一种Co3O4-TiO2异质结负载碳纳米管光催化降解材料及其制法 | |
| CN103831107B (zh) | 一种三氧化二铁纳米片包裹纳米碳纤维催化剂的制备方法 | |
| CN104258857A (zh) | 一种铬酸银-氧化石墨烯复合光催化材料及其制备方法 | |
| Yu et al. | Construction of CoS/CeO2 heterostructure nanocages with enhanced photocatalytic performance under visible light | |
| Liu et al. | Construction of ternary hollow TiO2-ZnS@ ZnO heterostructure with enhanced visible-light photoactivity | |
| CN111632619A (zh) | 一种铜-氮共掺杂二氧化钛光催化材料、制备方法及应用 | |
| CN106140241A (zh) | 氧离子表面调控的纳米g‑C3N4有机光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107973367B (zh) | 一种Fe掺杂包裹型TiO2光催化剂降解废水的工艺 | |
| CN114768846A (zh) | 一种可见光高效降解依诺沙星催化材料制备方法及应用 | |
| Kang et al. | Functionalized 2D defect g-C3N4 for artificial photosynthesis of H2O2 and synchronizing tetracycline fluorescence detection and degradation | |
| CN112495400B (zh) | 一种具有S空位的SnS2纳米片的制备及其在光降解Cr(Ⅵ)上的应用 | |
| CN108298632B (zh) | 一种纳米TiO2光催化剂降解染料废水的工艺 | |
| CN108298633B (zh) | 一种纳米TiO2光催化剂降解染料废水的工艺 | |
| CN114762826A (zh) | 高指数晶面Cu2O光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN109701511B (zh) | 一种分形结构氧化钛的制备方法 | |
| CN107029719A (zh) | 一种Bi2O3/Ag2WO4/Bi2WO6复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN107986381B (zh) | 一种共掺杂的TiO2光催化剂降解废水的工艺 | |
| CN104276635B (zh) | 光电催化氧化用负载型y型分子筛膜阳极材料的制备方法 | |
| CN106362800A (zh) | 一种石墨烯掺杂氧化锌光催化剂 | |
| CN107376951B (zh) | 一种太阳光催化多孔玻璃及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lu Yubin Inventor after: Yang Shengwang Inventor after: Yanhaiping Inventor before: Yanhaiping |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210623 Address after: 518000 meiheyigu 202, building 11, Baoan Group Industrial Zone, 28 Dalang community, Xin'an street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Tianze Environmental Protection Technology Co.,Ltd. Address before: 251800 Xingfu 1st Road, Yangxin County, Binzhou City, Shandong Province Applicant before: Yanhaiping |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |