专利名称：可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂及制备方法
技术领域：
本发明属于催化剂领域，具体涉及一种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂及制备方法。
背景技术：
钢铁工业是高能耗、高污染的行业，在钢铁工业快速发展过程中，一方面会大量消耗资源和能源，另一方面必然会产生大量的固体废弃物，这就会严重破坏生态环境，影响我们建立资源节约型、环境友好型社会。我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，钒钛铁精矿经高炉冶炼后得到含钒铁水和含钛高炉渣，由于原料中的TiO2几乎全部进入高炉渣，使渣中TiO2的质量分数达25 %左右，成为重要的钛资源，攀钢每年要排放含钛高炉渣300万t左右，其中约含70万t的TiO2,至今没有合适的高附加值、整体地、无污染、无新废弃物地利用方法，不仅造成了潜在的重大灾害隐患和环境污染，而且造成钛资源的巨大浪费。 目前，含钛高炉渣的利用主要分为两大类部分利用法和整体利用法。前者主要是以含钛高炉渣作为提取钛的原料，缺点是，分离率低、成本高、易造成新的污染；后者包括整体作为建材原料和生态化利用方法，作为建材原料浪费其中的钛资源，而作为生态化利用目前主要集中在紫外区域的光催化剂的制备，其应用价值较低。这主要是因为阳光中的紫外辐射能量较低，只占太阳总辐射的4%左右，而现有制备方法获得的光催化剂对紫外光具有很强的依赖性，如果将紫外光激发的半导体光催化剂应用于降解无机污染物及其复杂体系，则降解设备投资及降解运行成本都会很高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂及制备方法，目的是克服现有制备方法获得的含钛高炉渣光催化剂依赖于紫外光激活的不足，提供一种在广谱范围内，即在紫外光及可见光照射下都有较强的光吸收和光响应，一种具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂及其制备方法。一种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂，其化学成分按质量百分比，含氮元素7. 5 20wt%，余量为含钛高炉渣组分及杂质，催化剂的氮钛质量比为(O. 3-10) : I。本发明的制备方法按照以下步骤进行
(1)破碎将含钛高炉渣破碎后，经筛选得到直径<Imm的含钛高炉渣粉末；
(2)掺杂将工业用尿素与破碎后的含钛高炉渣粉末混合、研磨，混合比例按尿素中氮元素质量占含混合物质量的7. 5 20wt%，氮钛质量比为(O. 3-10) :1 ；
(3)湿混在混合粉末中加入无水乙醇，超声分散l(T50min，得到混合浆料，将装有混合浆料的容器转移到水浴磁力搅拌器中搅拌，转速为200-400rpm，温度为25_80°C，搅拌时间 4_8h ；
(4)低温烘干将搅拌后装有混合浆料容器放入真空干燥箱，70°C干燥24-48 h；
(5)干混高能球磨将干燥后得到的混合粉末转移到球磨罐中球磨，球料比为(1-3) : 1，获得直径O. 5-50 μ m的混合粉末；
(6)压片用压片机将上述混合粉末压成片状；
(7)焙烧在氧化气氛下将混合粉末焙烧，焙烧温度在40(T7(KrC，升温速率为5 15°C/min，恒温时间为1飞小时；
(8)将上述焙烧再冷却后的混合粉末，再研磨至直径O.5-50 μ m,获得具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂。将获得的具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂放入密封的干燥器中保存。所述的含钛高炉渣中二氧化钛含量为2_25wt%。所述的尿素为工业级尿素。 与现有技术相比，本发明的特点及其有益效果是
(1)本发明的氮有机改性含钛高炉渣光催化剂在可见光波长范围为400-700nm激发下具有较强的光吸收和光响应，实现了对可见光的全额吸收，显著提高了氮有机改性含钛高炉渣催化剂的可见光催化活性，使得以含钛高炉渣为原料制备的光催化剂能够利用太阳光等可见光源，有效地光降解水中有机和无机污染物，并具有较高的能量转换效率，可实际应用于催化太阳光降解污染物过程；
(2)本发明以高炉冶炼后的含钛高炉渣为主要原料，原料来源广泛，一次性整体利用含钛高炉渣，降低了原材料的成本，无二次污染，工艺简便，产品具有较高附加值，经济效益高。既解决了含钛高炉渣大量排放造成的环境污染问题，又合理利用了钛资源，且本发明方法易于实现工业化生产，具有很好的社会效益和经济效益。
图I为可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂的制备方法的工艺流程图。图2为本发明实施例1-3的催化剂产品在汞灯和金卤灯照射条件下的还原率； 图中I #为实施例I制备的催化剂，2 #为实施例2制备的催化剂，3 #为实施例3制
备的催化剂；
图3为本发明实施例I的催化剂产品的X射线衍射图谱。
具体实施例方式下面结合具体的具体实施方式
对本发明的内容作进一步说明和补充。本发明实施例中采用的尿素为普通工业用尿素，总氮含量大于46. 3%。本发明实施例中所用的含钛高炉渣是钒钛铁精矿经高炉冶炼后得到的含钛高炉渣，其中二氧化钛含量为2-25wt%。本发明实施例中采用的破碎机为ZNJ-120S型不锈钢破碎机。本发明实施例中采用的球磨机为Φ 1200X2400型球磨机。本发明实施例中采用的压片机为FW-4A型粉末压片机。本发明实施例中采用的焙烧设备为马弗炉。
本发明实施例中采用UV-2550型紫外可见分光光度计，分析六价铬溶液浓度变化。本发明实施例中采用X’PertHighScorePlus软件,分析样品的晶相结构,分析仪器为D/max-2550PC型多晶X射线衍射仪。实施例I
可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂，化学成分按质量百分比，含氮元素7. 5wt%，余量为含钛高炉渣组分及杂质，催化剂的氮钛质量比为O. 3: I。将含钛高炉渣破碎后，经筛选得到直径小于Imm的含钛高炉渣粉末；
将工业用尿素与破碎后的含钛高炉渣粉末混合、研磨，混合比例按尿素中氮元素质量占混合粉末质量的7. 5wt%，其中氮钛质量比为O. 3:1，含钛高炉渣含二氧化钛25% ；
在混合粉末中加入无水乙醇，超声分散50min ;将装有混合衆料的容器转移到水浴磁力搅拌器中搅拌，转速为400rpm,温度为80°C,搅拌时间8h ；
将装有混合浆料容器放入真空干燥箱，70 °C干燥24 h；
将干燥后粉末转移到球磨罐中球磨，球料比为3: 1，获得直径O. 5-20 μ m的混合粉末； 用压片机将含钛高炉渣与尿素的混合粉末压成片状；
在氧化气氛下将混合粉末焙烧，焙烧温度在400°C，升温速率为5°C /min,恒温时间为3小时；
对上述焙烧活化、冷却后的混合粉末，再研磨至直径O. 5-20 μ m的混合粉末，获得具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂。将获得的具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂放入密封的干燥器中保存。评价催化剂样品的光催化活性的方法为称取O. 015g的催化剂加入50ml含有六
价铬溶液的试管中，通过磁力搅拌维持反应器中催化剂处于悬浮状态。进行光催化反应前，
在黑暗中搅拌反应液直到溶液浓度不再变化，达到吸附/脱附平衡为止。光催化反应过程
中，分别以汞灯、金卤灯为辐照光源，60min取样。样品经离心、过滤后，在六价铬的最大吸收
波长(λ max=540nm)处，利用二苯碳酰二肼比色法测定其吸光度，并根据标准曲线换算成为
相应的浓度。催化剂的催化活性通过测定六价铬光催化还原效率来评价。计算公式为
权利要求
1.一种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂，其特征在于按质量百分比，含氮元素7. 5 20wt%，余量为含钛高炉渣组分及杂质，催化剂的氮钛质量比为(O. 3-10) :1。
2.一种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行 (1)破碎将含钛高炉渣破碎后，经筛选得到直径<Imm的含钛高炉渣粉末； (2)掺杂将エ业用尿素与破碎后的含钛高炉渣粉末混合、研磨，混合比例按尿素中氮元素质量占混合物质量的7. 5 20wt%,氮钛质量比为(O. 3-10) : I ； (3)湿混在混合粉末中加入无水こ醇，超声分散l(T50min，得到混合浆料，将装有混合浆料的容器转移到水浴磁力搅拌器中搅拌，转速为200-400rpm，温度为25_80°C，搅拌时间 4_8h ； (4)低温烘干将搅拌后装有混合浆料容器放入真空干燥箱，70で干燥24-48h； (5)干混高能球磨将干燥后得到的混合粉末转移到球磨罐中球磨，球料比为(1-3) : 1，获得直径O. 5-50 μ m的混合粉末； (6)压片用压片机将上述混合粉末压成片状； (7)焙烧在氧化气氛下将混合粉末焙烧，焙烧温度在40(T70(TC，升温速率为5 15°C/min，恒温时间为I 6小时； (8)将上述焙烧再冷却后的混合粉末，再研磨至直径O.5-50 μ m，获得具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂。
3.—种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂的制备方法，其特征在于所述的含钛高炉渣中二氧化钛含量为2-25%。
全文摘要
本发明属于催化剂领域，具体涉及一种可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂的制备方法。本发明的制备方法是将含钛高炉渣破碎后，与工业用尿素混合、研磨，在混合粉末中加入无水乙醇超声分散，然后搅拌，干燥，球磨，压成片状后在氧化气氛下焙烧，焙烧再冷却后再研磨至直径0.5-50μm，获得具有可见光催化活性的氮有机改性含钛高炉渣催化剂。本发明的氮有机改性含钛高炉渣光催化剂在可见光波长范围为400-700nm激发下具有较强的光吸收和光响应，实现了对可见光的全额吸收，显著提高了氮有机改性含钛高炉渣催化剂的可见光催化活性。
文档编号C02F1/70GK102861562SQ20121036683
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者雷雪飞, 薛向欣, 杨合, 袁仕华 申请人:东北大学秦皇岛分校