申請日2015.11.04
公開(公告)日2016.01.06
IPC分類號B01J23/745; C02F1/30; C02F101/34
摘要
本發(fā)明公開了一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化鈦光催化劑及其制備方法，制備方法包括步驟：(1)制備磁核，(2)制備SiO2中間層和(3)負載TiO2層;磁性二氧化鈦光催化劑包括磁核，磁核包裹有中間層SiO2，中間層SiO2外還負載有TiO2層;本發(fā)明制備的催化劑能快速、高效的降解廢水中雙酚A，負載的TiO2主要為催化活性最高的銳鈦礦型;利用外加磁場能實現催化劑的多次有效回收，并保持較高的催化降解能力。
權利要求書
1.一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化鈦光催化劑的制備 方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)制備磁核：將Fe2(SO4)3和FeSO4·7H2O分別溶于同體積的去離 子水中，配制成濃度均為0.15mol/L的水溶液后混合，向上述混合溶液中 加入乙醇，在80℃水浴，以及氮氣保護下攪拌，加入氫氧化鈉溶液將pH 值調至11～13，攪拌1h后，在60℃下陳化3h，得到磁核Fe3O4，用磁鐵分 離產物，并用去離子水洗滌3次;
(2)制備SiO2中間層：將步驟(1)制得的磁核Fe3O4樣品置于100mL 去離子水中，加入30ml0.1mol/L的分散劑，在50℃水浴下，先攪拌起到分 散作用，然后繼續(xù)攪拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和10mL濃氨水，攪 拌3h后，用乙醇洗滌3次，80℃下徹底干燥后，在溫度為400℃下煅燒1h; 再將溫度調至600℃煅燒2h，得到SiO2/γ-Fe2O3;
(3)負載TiO2層：將步驟(2)所得SiO2/γ-Fe2O3樣品置于52ml鈦 酸四丁酯和150～180ml乙醇中，超聲分散10min后，在40℃水浴中攪拌， 滴加體積濃度依次為6%～24%、1%～4%、72%～93%的去離子水、硝酸 和乙醇的混合溶液，待水解形成溶膠時，停止攪拌;陳化1h后，經80℃徹 底干燥，得到凝膠，然后在460℃～500℃下，煅燒1～2h，最終研磨得磁載 光催化劑TiO2/SiO2/γ-Fe2O3。
2.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中使用攪拌槳以 1000rad/min的速度攪拌。
3.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中先以200rad/min的 速度攪拌起到分散作用，然后以1000rad/min的速度攪拌。
4.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中在40℃水浴中，以 1000rad/min的速度攪拌，以120滴/min的速度滴加體積濃度依次為6% ～24%、1%～4%、72%～93%的去離子水、硝酸和乙醇的混合溶液。
5.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中分散劑為十二烷基 硫酸鈉溶液。
6.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中滴加的正硅酸乙酯 的量為Fe元素摩爾數的1.0倍。
7.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中鈦酸四丁酯的量為 Fe元素摩爾數的2.0倍。
8.根據權利要求1所述的快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化 鈦光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中所得的凝膠，按照 5℃/min升溫到460℃～500℃。
9.一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化鈦光催化劑，其特 征在于：包括磁核Fe3O4，磁核Fe3O4包裹有中間層SiO2，中間層SiO2外還 負載有TiO2層。
說明書
一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化鈦光催化劑及其制備方法
技術領域
本發(fā)明屬于催化工程領域，特別涉及一種快速降解廢水中雙酚A的可 回收磁性二氧化鈦光催化劑及其制備方法。
背景技術
雙酚A(bisphenolA,BPA)，2,2-二(4-羥基苯基)丙烷(C15H16O2)， 是一種人工合成的工業(yè)化學品，具有內分泌干擾能力。進入生物體后會對 生物體的發(fā)育、免疫力造成影響，甚至致癌，危害生物體健康。美國國家 環(huán)保局、世界野生動物基金組織已將其列為環(huán)境內分泌干擾物(Endocrine disruptingchemicals,EDCs)。我國BPA的生產量和消費量巨大，是環(huán)氧樹 脂和聚碳酸酯的工業(yè)合成原料，其生產廢水中雙酚A含量較高，處理不當 將對環(huán)境造成重大威脅。
目前，常用的去除雙酚A的方法有活性污泥、活性炭吸附、膜處理、 臭氧氧化等技術，但這些方法存在去除效果不佳、不能降解雙酚A使之喪 失內分泌干擾作用或者臭氧氧化不完全、產物種類和毒性不明，使這些技 術無法達到安全有效去除雙酚A的目的。而且以生物處理為主體工藝的傳 統(tǒng)污水處理系統(tǒng)對BPA的去除效果有限，半衰期長達數天至數周。TiO2光 催化氧化技術催化活性高、操作簡便，能把水中部分難生物降解的有機物 礦化成CO2和H2O，是一種環(huán)境友好技術，具有巨大的應用前景。鑒于TiO2是納米級材料，在反應器中懸浮分布，難以回收，不但浪費資源，還會造 成二次污染。針對雙酚A難生物降解、懸浮態(tài)TiO2的難回收等問題，本研 究制備快速降解雙酚A的可回收磁載光催化劑TiO2/SiO2/γ-Fe2O3，檢測該 催化劑的結構組成、表面特性及其對水中BPA的降解效果，探討其降解規(guī) 律，同時考察該催化劑降解雙酚A后的多次回收效率。
發(fā)明內容
發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二 氧化鈦光催化劑及其制備方法，以解決現有技術中廢水中雙酚A難降解和 TiO2顆粒在溶液中難以分離而不能重復利用的問題。
技術方案：為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化鈦光催化劑的制備方 法，包括以下步驟：
(1)制備磁核：將Fe2(SO4)3和FeSO4·7H2O分別溶于同體積的去離 子水中，配制成濃度均為0.15mol/L的水溶液后混合，向上述混合溶液中 加入乙醇，在80℃水浴，以及氮氣保護下攪拌，加入氫氧化鈉溶液將pH 值調至11～13，攪拌1h后，在60℃下陳化3h，得到磁核Fe3O4，用磁鐵分 離產物，并用去離子水洗滌3次;
(2)制備SiO2中間層：將步驟(1)制得的磁核Fe3O4樣品于100mL 去離子水中，加入30ml0.1mol/L的分散劑，在50℃水浴下，先攪拌起到分 散作用，然后繼續(xù)攪拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和10mL濃氨水，攪 拌3h后，用乙醇洗滌3次，80℃下徹底干燥后，在溫度為400℃下煅燒1h; 再將溫度調至600℃煅燒2h，得到SiO2/γ-Fe2O3;
(3)負載TiO2層：將步驟(2)所得SiO2/γ-Fe2O3樣品置于52ml鈦 酸四丁酯和150～180ml乙醇中，超聲分散10min后，在40℃水浴中攪拌， 滴加體積濃度依次為6%～24%、1%～4%、72%～93%的去離子水、硝酸 和乙醇的混合溶液，待水解形成溶膠時，停止攪拌;陳化1h后，經80℃徹 底干燥，得到凝膠，然后在460℃～500℃下，煅燒1～2h，最終研磨得磁載 光催化劑TiO2/SiO2/γ-Fe2O3。
進一步的，所述步驟(1)中使用攪拌槳以1000rad/min的速度攪拌。
進一步的，所述步驟(2)中先以200rad/min的速度攪拌起到分散作用， 然后以1000rad/min的速度攪拌。
進一步的，所述步驟(3)中在40℃水浴中，以1000rad/min的速度攪 拌，以120滴/min的速度滴加體積濃度依次為6%～24%、1%～4%、 72%～93%的去離子水、硝酸和乙醇的混合溶液。
進一步的，所述步驟(2)中分散劑為十二烷基硫酸鈉溶液。
進一步的，所述步驟(2)中滴加的正硅酸乙酯的量為Fe元素摩爾數 的1.0倍。
進一步的，所述步驟(3)中鈦酸四丁酯的量為Fe元素摩爾數的2.0 倍。
進一步的，所述步驟(3)中所得的凝膠，按照5℃/min升溫到460℃ ～500℃煅燒。
一種快速降解廢水中雙酚A的可回收磁性二氧化鈦光催化劑，包括磁 核Fe3O4，磁核Fe3O4包裹有中間層SiO2，中間層SiO2外還負載有TiO2層。
有益效果：本發(fā)明制備的催化劑能快速、高效的降解廢水中雙酚A， 負載的TiO2主要為催化活性最高的銳鈦礦型;利用外加磁場能實現催化劑 的多次有效回收，并保持較高的催化降解能力。
