专利名称：一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法
技术领域：
本发明一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，属于可见光光催化剂制备方法技术领域。
背景技术：
我国是氧化铝的生产大国，2009年产生的赤泥约占世界总产量的30%。目前我国的赤泥综合利用率仅为4%。随着我国氧化铝产量逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的堆存量还将不断增加。目前，赤泥综合利用仍属世界性难题，国际上对赤泥主要采用堆存覆土的处置方式。赤泥中的碱含量很高，因此这种处置方式会带来对周边动植物，地下水等不可预计的危害。我国的赤泥综合利用工作近年来得到各方面的高度重视，进行了跨学科、 多领域的综合利用的研究工作。光催化技术是一种先进氧化技术，它不仅可以光分解水提供高品位的氢能，同时还能将大多数有机污染物矿化，因此，它一直是国内外科学研究者关注的热点课题。光催化是发生在光催化剂材料表面的异相催化反应，其中光催化剂的选用是决定光催化效率的最重要影响因素。半导体TiO2是目前研究最多的光催化材料之一，但TiA禁带宽度大，只能利用太阳光中的紫外组分，因而对太阳光利用效率较低。将TW2和Fe2O3复合，能提高太阳光中的可见光的利用率。目前制备复合型光催化剂的方法已经有很多报道，主要有溶胶凝胶法，电腐蚀-电沉积法，气相沉积法等。这些方法操作工艺比较复杂，而且选用的原料纯度要求很高，不容易实现大规模生产，成本较高。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题为提供一种原材料易获得、可大规模生产且成本低的制备高比表面可见光光催化剂的方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:2 10，搅拌1 池后，在继续搅拌的情况下向固液混合物中加入脱碱剂进行脱碱处理，得到脱碱后的赤泥；
第二步，将脱碱后的赤泥与酸性溶液按重量份比为1:1 4混合后，搅拌0. 5 池，所述酸性溶液的浓度为0. 5 2mol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:1 10，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为1 10:100，搅拌1 池后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体； 第四步，将第三步得到的固体在300 700°C下焙烧1 池后，得到的固体即为光催化剂。第一步中所述的脱碱剂为C02，通过导管将C02引到所述赤泥与水的固液混合物底部进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为20 60°C，对所述固液混合物的搅拌速度为60 200rpm，反应1 他后，停止搅拌及通入C02，待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥；所述导管通入C02的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内C02的含量为1 5mL。第二步中所述的酸性溶液或为硫酸溶液，或为盐酸溶液，或为硝酸溶液，或为磷酸溶液。第三步中所述的沉淀剂或为0. 1 2mol/L的酒石酸铵溶液，或为0. 1 2mol/L 的六次甲基四胺溶液，或为0. 1 2mol/L的尿素溶液，所述的表面活性剂或为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液，或为30%的十二烷基甜菜碱溶液。所述第四步中的焙烧过程在马弗炉中进行。赤泥是氧化铝工业的废弃物，对环境危害很大，然而，赤泥中含有大量的狗和Ti 元素，它们是制备I^e2O3和TiA光催化剂的主要原料。同时，赤泥中存在的Al2O3和SiA可以充当光催化剂的载体，促进光催化剂的分散，从而提高光催化剂的反应活性。因此，利用 CO2脱碱-稀酸处理及热处理后由赤泥获得的光催化剂，不仅在光催化、环境治理与修复、功能性先进涂料等领域有重要的应用前景，而且具有非常大的潜在经济价值。本发明与现有技术相比具有以下有益效果。本发明利用了赤泥来制备可利用可见光的光催化剂，不仅制备的光催化剂具有高比表面积，也是赤泥的一种新的利用方法，同时，本发明在制备过程中要求设备简单，操作简便，经济价值高，容易实现大规模生产，因此，本发明在赤泥的综合治理、实用型光催化剂开发领域有着很大的应用前景。
图1为赤泥原样和赤泥光催化剂的XRD衍射图。图2为按本发明方法制备的光催化剂光降解苯酚的评价结果。
具体实施例方式实施例一一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:2，搅拌Ih后，在继续搅拌的情况下通过导管向固液混合物中通入(X)2进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为20°C，对所述固液混合物的搅拌速度为 200rpm，反应Ih后，停止搅拌及通入CO2,待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥；所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为3mL ；
第二步，将脱碱后的赤泥与硫酸溶液按重量份比为1 1混合后，搅拌池，所述硫酸溶液的浓度为2mol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:1，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为1:100，搅拌池后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体，所述的沉淀剂为 0. lmol/L的酒石酸铵溶液，表面活性剂为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液；第四步，将第三步得到的固体放入马弗炉中，在300°C下焙烧池后，得到的固体即为光催化剂。本实施例所得到光催化剂的比表面积为84. 6 m2/g。实施例二一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:10，搅拌: 后，在继续搅拌的情况下通过导管向固液混合物中通入(X)2进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为60°c，对所述固液混合物的搅拌速度为 60rpm,反应他后，停止搅拌及通入CO2，待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥； 所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为ImL ；
第二步，将脱碱后的赤泥与硫酸溶液按重量份比为1:4混合后，搅拌0.证，所述硫酸溶液的浓度为0. 5mol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:10，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为1:10，搅拌Ih 后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体，所述的沉淀剂为2mol/ L的酒石酸铵溶液，表面活性剂为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液；
第四步，将第三步得到的固体放入马弗炉中，在700°C下焙烧Ih后，得到的固体即为光催化剂。本实施例所得到光催化剂的比表面积为86. 1 m2/g。实施例三一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:6，搅拌池后，在继续搅拌的情况下通过导管向固液混合物中通入(X)2进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为40°C，对所述固液混合物的搅拌速度为 130rpm，反应池后，停止搅拌及通入CO2,待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥；所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为3mL ；
第二步，将脱碱后的赤泥与硫酸溶液按重量份比为1:2混合后，搅拌1.证，所述硫酸溶液的浓度为1. 5mol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:4，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为3:100，搅拌池后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体，所述的沉淀剂为lmol/ L的酒石酸铵溶液，表面活性剂为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液；
第四步，将第三步得到的固体放入马弗炉中，在5oo°c下焙烧池后，得到的固体即为光催化剂。本实施例所得到光催化剂的比表面积为87. 7 m2/g。实施例四一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:4，搅拌Ih后，在继续搅拌的情况下通过导管向固液混合物中通入(X)2进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为30°C，对所述固液混合物的搅拌速度为 lOOrpm，反应4h后，停止搅拌及通入CO2,待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥；所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为2mL ； 第二步，将脱碱后的赤泥与硫酸溶液按重量份比为1:3混合后，搅拌池，所述硫酸溶液的浓度为lmol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:6，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为3:50，搅拌 Ih后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体，所述的沉淀剂为 0. 5mol/L的酒石酸铵溶液，表面活性剂为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液；
第四步，将第三步得到的固体放入马弗炉中，在4oo°c下焙烧池后，得到的固体即为光催化剂。本实施例所得到光催化剂的比表面积为83. 6 m2/g。实施例五一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:3，搅拌池后，在继续搅拌的情况下通过导管向固液混合物中通入(X)2进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为40°C，对所述固液混合物的搅拌速度为 120rpm，反应池后，停止搅拌及通入CO2,待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥；所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为5mL ；
第二步，将脱碱后的赤泥与盐酸溶液按重量份比为1:2混合后，搅拌lh，所述盐酸溶液的浓度为lmol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:2，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为1:30，搅拌池后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体，所述的沉淀剂为 0. 5mol/L的六次甲基四胺溶液，表面活性剂为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液；
第四步，将第三步得到的固体放入马弗炉中，在300°C下焙烧4h后，得到的固体即为光催化剂。本实施例所得到光催化剂的比表面积为89. 5 m2/g。实施例六一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，按以下步骤进行。第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:10，搅拌1. 5h后，在继续搅拌的情况下通过导管向固液混合物中通入(X)2进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为60°C，对所述固液混合物的搅拌速度为 SOrpm，反应他后，停止搅拌及通入CO2，待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥； 所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为2mL ；
第二步，将脱碱后的赤泥与硝酸溶液按重量份比为1:3混合后，搅拌池，所述硝酸溶液的浓度为0. 8mol/ L ；
第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:3，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为1:80，搅拌池后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体，所述的沉淀剂为2mol/ L的尿素溶液，表面活性剂为30%的十二烷基甜菜碱溶液；
第四步，将第三步得到的固体放入马弗炉中，在6oo°c下焙烧池后，得到的固体即为光催化剂。本实施例所得到光催化剂的比表面积为85. 3 m2/g。图1为赤泥原样和赤泥光催化剂的XRD衍射图。其中曲线a表示按本发明所述方法制备的光催化剂的相组成，曲线b表示未处理赤泥的相组成。由图1可知，未处理赤泥的相组成非常复杂，说明未处理赤泥样品中，成分的种类很多，而按本发明所述方法制备的光催化剂中主要为Fii2O3，TiO2和Si02。图2为按本发明方法制备的光催化剂光降解苯酚的评价结果。从图2可以看出， 在苯酚溶液中加入按本发明方法制备的光催化剂后，在没有光照的条件下，苯酚的浓度基本保持不变。当进行氙灯光照时，苯酚的浓度随光照时间不断下降，10个小时后苯酚的浓度基本保持不变。说明按本发明方法制备的光催化剂在可见光条件下可以降解苯酚溶液。10 个小时内可以降解70%苯酚。说明该光催化剂具有很好的光催化能力，具有潜在的开发利用价值。
权利要求
1.一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，其特征在于按以下步骤进行第一步，对赤泥进行脱碱将赤泥与水混合，形成固液混合物，所述赤泥与水的重量份之比为1:2 10，搅拌1 池后，在继续搅拌的情况下向固液混合物中加入脱碱剂进行脱碱处理，得到脱碱后的赤泥；第二步，将脱碱后的赤泥与酸性溶液按重量份比为1:1 4混合后，搅拌0. 5 池，所述酸性溶液的浓度为0. 5 aiiol/ L ；第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂，沉淀剂与所述固液混合物的重量份之比为1:1 10，表面活性剂与所述固液混合物的重量份之比为1 10:100，搅拌1 池后，停止搅拌，待固体完全沉淀后过滤，用去离子水洗涤得到的固体； 第四步，将第三步得到的固体在300 700°C下焙烧1 池后，得到的固体即为光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，其特征在于第一步中所述的脱碱剂为CO2，通过导管将(X)2引到所述赤泥与水的固液混合物底部进行脱碱反应，反应时，保持所述固液混合物的温度为20 60°C，对所述固液混合物的搅拌速度为60 200rpm，反应1 他后，停止搅拌及通入CO2，待固体沉淀后去掉上层的液体，得到脱碱后的赤泥；所述导管通入(X)2的速度为保证每升所述赤泥与水的固液混合物内(X)2的含量为1 5mL。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法， 其特征在于第二步中所述的酸性溶液或为硫酸溶液，或为盐酸溶液，或为硝酸溶液，或为磷酸溶液。
4.根据权利要求3所述的一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，其特征在于第三步中所述的沉淀剂或为0. 1 2mol/L的酒石酸铵溶液，或为0. 1 2mol/L的六次甲基四胺溶液，或为0. 1 2mol/L的尿素溶液，所述的表面活性剂或为30%的十二烷基苯磺酸钠溶液，或为30%的十二烷基甜菜碱溶液。
5.根据权利要求3所述的一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，其特征在于所述第四步中的焙烧过程在马弗炉中进行。
全文摘要
本发明一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法，属于可见光光催化剂制备方法技术领域；所要解决的技术问题为提供一种原材料易获得、可大规模生产且成本低的制备高比表面可见光光催化剂的方法；采用的技术方案为第一步，对赤泥进行脱碱；第二步，将脱碱后的赤泥与0.5～2mol/L的酸性溶液按重量份比为1:1～4混合；第三步，在第二步得到的固液混合物中加入沉淀剂和表面活性剂；第四步，将第三步得到的固体在300～700℃下焙烧1～3h后，得到的固体即为光催化剂；本发明用于回收利用赤泥来制备可见光光催化剂。
文档编号B01J35/10GK102240551SQ20111010092
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者弓彩霞, 弓永盛, 李文斌, 童希立 申请人:山西开兴赤泥开发有限公司