一种快速降解废水中双酚a的可回收磁性二氧化钛光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于催化工程领域，特别涉及一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]双酚A (bisphenol A, BPA)，2，2_ 二(4-羟基苯基)丙烷(C15H16O2)，是一种人工合成的工业化学品，具有内分泌干扰能力。进入生物体后会对生物体的发育、免疫力造成影响，甚至致癌，危害生物体健康。美国国家环保局、世界野生动物基金组织已将其列为环境内分泌干扰物(Endocrine disrupting chemicals, EDCs)。我国BPA的生产量和消费量巨大，是环氧树脂和聚碳酸酯的工业合成原料，其生产废水中双酚A含量较高，处理不当将对环境造成重大威胁。
[0003]目前，常用的去除双酚A的方法有活性污泥、活性炭吸附、膜处理、臭氧氧化等技术，但这些方法存在去除效果不佳、不能降解双酚A使之丧失内分泌干扰作用或者臭氧氧化不完全、产物种类和毒性不明，使这些技术无法达到安全有效去除双酚A的目的。而且以生物处理为主体工艺的传统污水处理系统对BPA的去除效果有限，半衰期长达数天至数周。T12光催化氧化技术催化活性高、操作简便，能把水中部分难生物降解的有机物矿化成COjPH2O,是一种环境友好技术，具有巨大的应用前景。鉴于T12是纳米级材料，在反应器中悬浮分布，难以回收，不但浪费资源，还会造成二次污染。针对双酚A难生物降解、悬浮态1102的难回收等问题，本研究制备快速降解双酚A的可回收磁载光催化剂T1 2/Si02/T -Fe2O3,检测该催化剂的结构组成、表面特性及其对水中BPA的降解效果，探讨其降解规律，同时考察该催化剂降解双酚A后的多次回收效率。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明提供了一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂及其制备方法，以解决现有技术中废水中双酚A难降解和1102颗粒在溶液中难以分离而不能重复利用的问题。
[0005]技术方案:为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)制备磁核:将Fe2(SO4)3和FeSO 4.7H20分别溶于同体积的去离子水中，配制成浓度均为0.15mol/L的水溶液后混合，向上述混合溶液中加入乙醇，在80°C水浴，以及氮气保护下搅拌，加入氢氧化钠溶液将PH值调至11?13，搅拌Ih后，在60°C下陈化3h，得到磁核Fe3O4,用磁铁分离产物，并用去离子水洗涤3次；
[0008](2)制备S12中间层:将步骤(I)制得的磁核Fe 304样品于10mL去离子水中，加入30ml 0.lmol/L的分散剂，在50°C水浴下，先搅拌起到分散作用，然后继续搅拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和1mL浓氨水，搅拌3h后，用乙醇洗涤3次，80°C下彻底干燥后，在温度为400°C下煅烧Ih ;再将温度调至600°C煅烧2h，得到S12/ γ -Fe2O3;
[0009](3)负载T1Jl:将步骤⑵所得S12/Y-Fe2O3样品置于52ml钛酸四丁酯和150?180ml乙醇中，超声分散1min后，在40°C水浴中搅拌，滴加体积浓度依次为6%?24%、I %?4%、72 %?93 %的去离子水、硝酸和乙醇的混合溶液，待水解形成溶胶时，停止搅拌；陈化Ih后，经80°C彻底干燥，得到凝胶，然后在460°C?500°C下，煅烧I?2h，最终研磨得磁载光催化剂Ti02/Si02/ γ -Fe203。
[0010]进一步的，所述步骤(I)中使用搅拌桨以1000rad/min的速度搅拌。
[0011]进一步的，所述步骤(2)中先以200rad/min的速度搅拌起到分散作用，然后以1000rad/min的速度搅拌。
[0012]进一步的，所述步骤(3)中在40°C水浴中，以1000rad/min的速度搅拌，以120滴/min的速度滴加体积浓度依次为6%?24%、1%?4%、72%?93%的去离子水、硝酸和乙醇的混合溶液。
[0013]进一步的，所述步骤(2)中分散剂为十二烷基硫酸钠溶液。
[0014]进一步的，所述步骤(2)中滴加的正硅酸乙酯的量为Fe元素摩尔数的1.0倍。
[0015]进一步的，所述步骤(3)中钛酸四丁酯的量为Fe元素摩尔数的2.0倍。
[0016]进一步的，所述步骤(3)中所得的凝胶，按照5°C/min升温到460°C?500°C煅烧。
[0017]—种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂，包括磁核Fe3O4,磁核Fe3O4包裹有中间层S12，中间层S12外还负载有T1Jl。
[0018]有益效果:本发明制备的催化剂能快速、高效的降解废水中双酚A，负载的1102主要为催化活性最高的锐钛矿型；利用外加磁场能实现催化剂的多次有效回收，并保持较高的催化降解能力。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例中磁性二氧化钛光催化剂对于废水中双酚A的处理效果图；
[0020]图2是本发明实施例中磁性二氧化钛光催化剂的回收效率；
[0021]图3是本发明实施例中磁性二氧化钛光催化剂的X-射线衍射图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0023]实施例1
[0024]—种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0025](I)制备磁核:
[0026]分别称取6.0g Fe2 (SO4) 3和4.2g FeSO 4.7H20分别溶于同体积的去离子水中，配制成浓度均为0.15mol/L的水溶液各100ml，然后混合，向上述混合溶液中加入10ml乙醇，在80°C水浴，以及氮气保护下，使用搅拌桨以lOOOrad/min进行快速搅拌，加入氢氧化钠溶液将PH值调至11，搅拌Ih后，在60°C下陈化3h，用磁铁分离产物Fe3O4,并用去离子水洗涤3次。
[0027]⑵制备S12中间层:
[0028]将步骤(I)制得的磁核Fe3O4样品于10mL去离子水中，加入30ml0.lmol/L的十二烧基硫酸钠溶液，在50°C水浴下，先200rad/min低速搅拌起到分散作用，再以1000rad/min快速搅拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和1mL浓氨水，搅拌3h后，用乙醇洗涤3次，80°C下彻底干燥后，在温度为400°C下煅烧Ih ;再将温度调至600°C煅烧2h，得到S12/ γ -Fe2O3;
[0029](3)负载 T1Jl:
[0030]将步骤⑵所得S12/ γ -Fe2O3样品置于52ml钛酸四丁酯和150ml乙醇中，超声分散1min后，在40°C水浴中以1000rad/min快速搅拌，以120滴/min缓慢滴加体积浓度依次为24%、4%、72%的去离子水、硝酸和乙醇的混合溶液，待水解形成溶胶时，停止搅拌；陈化Ih后，经80°C彻底干燥，得到凝胶，然后按照5°C /min升温到460°C下煅烧lh，最终研磨得磁载光催化剂Ti02/Si02/ γ -Fe2O30
[0031]所述步骤⑵中滴加的正硅酸乙酯的量为Fe元素摩尔数的1.0倍。
[0032]所述步骤(3)中钛酸四丁酯的量为Fe元素摩尔数的2.0倍。
[0033]实施例2
[0034]—种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0035](I)制备磁核:
[0036]分别称取6.0g Fe2 (SO4) 3和4.2g FeSO 4.7H20分别溶于同体积的去离子水中，配制成浓度均为0.15mol/L的水溶液各100ml，然后混合，向上述混合溶液中加入10ml乙醇，在80°C水浴，以及氮气保护下，使用搅拌桨以lOOOrad/min进行快速搅拌，加入氢氧化钠溶液将PH值调至12，搅拌Ih后，在60°C下陈化3h，用磁铁分离产物Fe3O4,并用去离子水洗涤3次。
[0037]⑵制备S12中间层:
[0038]将步骤(I)制得的磁核Fe3O4样品于10mL去离子水中，加入30ml0.lmol/L的分散剂，在50°C水浴下，先200rad/min低速搅拌起到分散作用，再以1000rad/min快速搅拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和1mL浓氨水，搅拌3h后，用乙醇洗涤3次，80°C下彻底干燥后，在温度为400°C下煅烧Ih ;再将温度调至600°C煅烧2h，得到S12/ γ -Fe2O3;
[0039](3)负载 T1Jl:
[0040]将步骤⑵所得S12/ γ -Fe2O3样品置于52ml钛酸四丁酯和160ml乙醇中，超声分散1min后，在40°C水浴中以1000rad/min快速搅拌，以120滴/min缓慢滴加体积浓度依次为6 %、I %、93 %的去离子水、硝酸和乙醇的混合溶液，待水解形成溶胶时，停止搅拌；陈化Ih后，经80°C彻底干燥，得到凝胶，然后按照5°C /min升温到480°C下煅烧1.5h，最终研磨得磁载光催化剂Ti02/Si02/ γ -Fe2O30
[0041]所述步骤⑵中滴加的正硅酸乙酯的量为Fe元素摩尔数的1.0倍。
[0042]所述步骤(3)中钛酸四丁酯的量为Fe元素摩尔数的2.0倍。
[0043]实施例3
[0044]—种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0045](I)制备磁核:
[0046]分别称取6.0g Fe2 (SO4) 3和4.2g FeSO 4.7H20分别溶于同体积的去离子水中，配制成浓度均为0.15mol/L的水溶液各100ml，然后混合，向上述混合溶液中加入10ml乙醇，在80°C水浴，以及氮气保护下，使用搅拌桨以lOOOrad/min进行快速搅拌，加入氢氧化钠溶液将PH值调至13，搅拌Ih后，在60°C下陈化3h，用磁铁分离产物Fe3O4,并用去离子水洗涤3次。
[0047]⑵制备S12中间层:
[0048]将步骤⑴制得的磁核Fe3O4样品于10mL去离子水中，加入30ml0.lmol/L的分散剂，在50°C水浴下，先200rad/min低速搅拌起到分散作用，再以1000rad/min快速搅拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和1mL浓氨水，搅拌3h后，用乙