泡沫玻璃负载的二氧化钛光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光催化剂，尤其是涉及一种泡沫玻璃负载的二氧化钛光催化剂的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 印染行业是工业废水排放大户，据不完全统计，全国印染废水每天排放量为3 X IO6~4 X IO6Hi3。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特 点，属难处理的工业废水。纳米二氧化钛能够光催化降解有机物，且具有价格低、无毒及化 学性质稳定等优点，因此被广泛应用于降解印染废水的研究（T.Kawahara，Y.Konishi， Η·Tada，N. Tohge ,J.Nishii，S· Ito ,Angew.Chem. Int .Ed·41 (2002)2811)。纳米二氧化钦粉 末能够有效降解印染废水中的有机染料，具有很高的光催化活性。但由于纳米二氧化钛在 水中容易发生团聚，使纳米二氧化钛的活性不断下降，而且在后处理过程中纳米二氧化钛 不易从水中分离(J.Liu，M.Dong，S·Zuo,Y.Yu，Appl.Clay Sci .43(2009) 156)。
[0003] -般来说有两种方式可以提高纳米二氧化钛在印染废水中的性能：1)将纳米二氧 化钛负载在活性炭、分子筛、碳纳米管等材料上。这种方法能够有效防止纳米二氧化钛的团 聚，但后处理过程中纳米光催化剂仍不易从水中分离且后处理过程费用较高；2)将纳米二 氧化钛负载在玻璃片或硅片上。这种方法能够避免后处理过程且不会发生团聚现象，但由 于光照面积小及反应活性位少导致光催化效率很低。因此，需要开发出一种能避免后处理 工艺、防止纳米二氧化钛团聚且具有高光催化活性的负载型二氧化钛光催化剂。
[0004] 0breg0n Alfaro报道了先合成银-二氧化钛纳米复合物，然后通过超声技术将银-二氧化钛纳米复合物的粉末负载在泡沫玻璃上，该负载型催化剂在太阳光照射下能高效光 降解有机染料（S · 0breg0n Alfaro，V · Rodr iguez_Gonz&lez ,A · A · Zaldivar-Cadena， S. W. Lee，Catal. Tod. 166 (2011) 166)。然而，银-二氧化钛粉末在泡沫玻璃上分散不均匀且 容易脱落导致光催化活性的下降，这限制了泡沫玻璃负载的银-二氧化钛复合光催化剂的 实际应用。因此，提供一种以废玻璃或垃圾焚烧底灰等固体废弃物为主要原料，以PU泡沫为 模板制备开孔泡沫玻璃，并且以该开孔泡沫玻璃为载体制备负载型二氧化钛光催化剂的方 法，不仅能缓解大量固体废弃物产生的环境压力，提高废玻璃或垃圾焚烧底灰等固体废弃 物的利用率及利用价值，还能够有效治理印染废水，具有较高的社会、环境及经济效益。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对目前纳米二氧化钛粉末在印染废水处理过程中发生团聚 导致光催化性能下降以及在后处理过程比较复杂的问题，提供一种泡沫玻璃负载的二氧化 钛光催化剂的制备方法。
[0006] 本发明包括以下步骤：
[0007] 1)将固体废弃物球磨，得固体废弃物粉末；
[0008] 2)将水玻璃与步骤1)得到的固体废弃物粉末混合，得粘稠混合物；
[0009] 3)将开孔PU泡沫浸泡在步骤2)得到的粘稠混合物中；
[0010] 4)将浸润的PU泡沫取出后干燥，煅烧，得开孔的泡沫玻璃；
[0011] 5)将步骤4)得到的泡沫玻璃浸泡在过氧化钛配合物水溶液中，使过氧化钛配合物 吸附到泡沫玻璃上；
[0012] 6)将吸附有过氧化钛配合物的泡沫玻璃取出后干燥，煅烧，即得泡沫玻璃负载的 二氧化钛光催化剂。
[0013] 在步骤1)中，所述粉末的粒度小于75μπι，所述固体废弃物可选自废玻璃、垃圾焚烧 底灰、粉煤灰、矿渣等中的至少一种。
[0014] 在步骤2)中，所述水玻璃中Na2SiO3的质量百分浓度可为30%，水玻璃与固体废弃 物粉末的质量比可为(2:3)~(3:2)。
[0015] 在步骤3)中，所述浸泡的时间可为2~lOmin。
[0016]在步骤4)中，所述干燥的温度可为100°C，干燥的时间可为1~3h;所述煅烧的温度 可为750°C，煅烧的时间可为0.5~Ih。
[0017]在步骤5)中，所述过氧化钛配合物的制备方法可参考文献(Q.C.Xu，D. V.WelIia， D.W.Liao,Timothy T.Y.Tan,Nanoscale 2(2010)1122)，过氧化钛配合物水溶液中TiO2按 质量百分比的含量可为3% ;所述浸泡的时间可为10~30min。
[0018] 在步骤6)中，所述干燥的温度可为100°C，干燥的时间可为0.5~lh;所述煅烧的温 度可为500°C，煅烧的时间可为0.5~2. Oh。
[0019] 本发明的生产工艺采用废玻璃或垃圾焚烧底灰等固体废弃物为原料制备开孔泡 沫玻璃，并将水溶性的二氧化钛前驱体负载在泡沫玻璃上，最后通过煅烧形成泡沫玻璃负 载的二氧化钛光催化剂。所制备的泡沫玻璃负载的二氧化钛光催化剂具有低密度、高染料 吸附能力、高光催化效率及高稳定性等优点，能够有效降解印染废水中的有机物。此外，本 发明采用废玻璃或垃圾焚烧底灰等固体废弃物为原料，不仅能提高废玻璃、生活垃圾焚烧 底灰等固体废弃物的利用率及利用价值，减少自然资源的消耗，并且实现"以废制废"的环 保理念，具有较高的社会、环境及经济效益。
【附图说明】
[0020] 图1为开孔泡沫玻璃负载的光催化剂的光催化活性。
[0021] 图2为泡沫玻璃负载的光催化剂。其中，（a)为吸附有机染料之前；（b)为吸附有机 染料之后；（c)为太阳光照射6h(上午11点至下午5点）后；（d)为吸附有机染料之前；（e)为吸 附有机染料之后；（f)为太阳光照射6h(上午11点至下午5点）后。
【具体实施方式】
[0022]以下实施例将对本发明作更详细的说明。
[0023] 实施例1
[0024]将100g的废玻璃放入球磨罐中，在300rpm的转动速度下球磨IOmin后获得粒径小 于75μπι的细小粉末。然后将100g细玻璃粉与100g水玻璃溶液混合并搅拌均匀。取一块尺寸 为6cmX2.5cmX0.3cm的开孔PU泡沫将其浸入粘稠的混合物中，浸泡5min后取出并在100°C 下干燥2h，随后将样品在750°C煅烧lh，自然降温后可获得开孔泡沫玻璃。将开孔泡沫玻璃 全部浸入3 %的过氧化钛配合物水溶液中并浸泡IOmin，之后将样品去除并在100 °C下干燥 lh。最后样品在500°C下煅烧Ih并自然降温至室温即可获得开孔泡沫玻璃负载的光催化剂。 开孔泡沫玻璃负载的光催化剂的密度约为〇.98g/cm 3,TiO2负载量为6mg TiO2每克泡沫玻 璃。开孔泡沫玻璃负载的光催化剂能够悬浮在水上，使得阳光能够充足的照射到光催化剂 上，而且泡沫玻璃的开孔结构有利于阳光在样品中的传播。此外，开孔泡沫玻璃负载的光催 化剂具有较大比表面，有利于印染废水中的有机染料与光催化活性位进行接触，从而提高 光催化剂的光催化效率