一种镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备方法与流程

本发明涉及环境化工光催化固体废弃物处理技术领域，特别涉及可见光处理常见细菌污染建筑材料领域，具体是一种镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备方法。

背景技术：

功能材料、信息技术和生物技术是21世纪社会经济发展的三个支柱，光催化材料作为一类重要的功能材料，具有广阔的应用前景。由于tio2光催化活性高、化学稳定性好、价廉无毒、寿命长、可重复利用而被公认为是最具应用前景的光催化剂。但tio2较宽的能隙(3.2ev)决定了其只能吸收紫外光波(仅占太阳光6%左右)。含钛高炉渣是冶炼生铁过程中从高炉中排出的副产品，是我国现阶段主要的冶炼废渣之一。随着钢铁工业的发展，含钛高炉渣的堆积量日益增大，不仅对环境造成了严重污染，也是一种资源的严重浪费，对含钛高炉渣进行综合利用，已刻不容缓。就攀钢而言，每年排放约300多万吨的含钛高炉渣，至今已累计排放5000多万吨，既浪费了钛资源，又污染了环境。传统的再利用过程是将含钛高炉渣作为建筑材料，或者作为制取钛的原料。将含钛高炉渣像普通高炉渣一样处理，作为水泥或混凝土的组份材料，虽然可以处理大量的高炉渣，却对渣中tio2有巨大浪费；且矿渣中的tio2含量大于10%时，将明显地降低水泥强度。作为制取钛的原料时，tio2的品位又太低，所应用的工艺繁琐，导致成本过高，难以立项投产，而且易造成二次污染。为了充分利用含钛高炉渣中的钛资源，降低含钛高炉渣对环境污染的影响，首先提出了将含钛高炉渣整体作为光催化材料的思想，进行了大量的研究，并取得了一定效果。用含钛高炉渣代替纯tio2作为光催化材料，研究含钛高炉渣的光催化性能，并将其整体应用于光催化材料，是合理利用中间产品，不但可以降低光催化材料的成本和消除生产过程中对环境造成污染的有效途径；而且也是对含钛高炉矿渣的完全利用，对环境也不会造成二次污染，达到以废治废的目的。

大量研究表明含钛高炉渣中含有一定量的其他金属和非金属离子，这些离子对tio2的光催化作用有一定的促进作用，并向tio2中掺杂dy离子可扩展其对光的响应范围。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种简单、易于操作、催化活性高的钙钛矿型结构的含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备工艺。

本发明为实现此目的，采取的技术方案如下：

一种镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备方法，制备步骤包括：

步骤1：将大块攀钢含钛高炉矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将步骤1的微粒放入球磨罐球磨58~62h；

步骤3：将0.02-0.22g的dy2o3与1.82-1.98g步骤2得到的物料在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4所得样品在氧化气氛和常压下于795~810℃煅烧，保温1.5~2.5h，然后随炉温自然冷却到室温，即得到镝掺杂含钛高炉渣光催化抗菌材料，该催化剂直径约为2μm。

其中，所述的步骤2中微粒放入球磨罐球磨60h。

其中，所述的步骤3dy2o3质量为0.02-0.18g。

其中，所述的步骤5中于800℃下煅烧。

其中，所述的步骤5中保温时间为2h。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

(1)高温固相法合成了钙钛矿型结构的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料；

(2)合成的材料具有很好的可见光催化活性和抗菌性能，在可见光照射下，对大肠杆菌（atcc25922）的杀菌率可达到80%；

(3)合成过程操作容易，产物产率高，重复性好，符合实际生产的需要。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的sem图；

图2为不同掺杂量的bfstd材料的xrd图；

图3为不同掺杂量bfstd材料的uv-vis图；

图4为bfstd5材料随时间变化的抑菌效果图；

图3中，bfstd5-为掺镝质量分数5%的材料；bfstd4-为掺镝质量分数4%的材料；bfstd3-为掺镝质量分数3%的材料；bfst-为掺镝质量分数0%的材料。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.02g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.98g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于795℃煅烧，保温2h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

图1为本发明实施方案1制备的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的sem图，从图中可以看出所制备的材料为颗粒状，平均粒径在2μm。

实施例2

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.04g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.96g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于810℃煅烧，保温2h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的钒掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例3

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨58h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.06g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.94g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温1.5h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例4

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.08g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.92g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温2.5h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例5

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨62h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.1g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.9g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温2h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例6

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.1g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.9g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温1h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例7

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.1g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.9g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于810℃煅烧，保温2.5h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例8

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.06g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.94g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于805℃煅烧，保温2.5h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例9

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.18g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.82g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于795℃煅烧，保温2.5h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例10

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.14g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.86g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温2.5h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例11

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.14g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.86g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温2h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

实施例12

镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料的制备步骤为：

步骤1：先将大块矿渣单独破碎，通过2～3级破碎得到直径1mm左右的微粒；

步骤2：将获得的含钛高炉渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒径可达到几微米；

步骤3：将0.02g的dy2o3与球磨过的高炉渣1.98g在玛瑙研钵中混合均匀；

步骤4：将步骤3中产物用直径为12mm的模具在10mpa的压力下单向加压成型；

步骤5：将步骤4的产物放置在刚玉坩埚中，在氧化气氛和常压下于800℃煅烧，保温2h；然后随炉温自然冷却到室温，即得到白色的镝掺杂含钛高炉渣的光催化抗菌材料，该材料为钙钛矿型结构的微米粉体，直径约为2µm。

说明书附图3为不同掺杂量bfstd材料的uv-vis图，bfstd5-为掺镝质量分数5%的材料；bfstd4-为掺镝质量分数4%的材料；bfstd3-为掺镝质量分数3%的材料；bfst-为掺镝质量分数0%的材料。由图3可知，dy2o3掺杂以后的bfstd材料只在300nm以内的光吸收性能略高于未掺杂的含钛高炉渣，大于380nm区域反而较未掺杂的含钛高炉渣低，且掺杂量越高的样品光吸收能力越差，说明dy2o3的掺杂并不有助于改善bfst的光吸收性能，此结果与xrd结果相一致。

图4为bfstd5材料随时间变化的抑菌效果图，有图可知，当镝的掺杂量为5%时光催化抗菌材料在60min-120min能达到一个很好的抑菌效果。