一种改性纳米TiO2催化剂的制备方法及其应用与流程

本发明属于催化剂，具体涉及一种改性纳米tio2催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、伴随着人口的激增和工农业的快速发展，各种污水的排放量日益增加，水质污染问题已经成为威胁人类健康安全必须面对的问题，同时，环境污染治理问题也成为未来亟待解决的挑战之一。其中制革污水处理问题是各工业密集型国家及地区的重中之重。制革污水的可溶性碳中有50％-60％是蛋白质，因此废水中的主要有机污染物是蛋白质。如何有效解决蛋白废水对环境造成的危害和损失，是处理制革污水的核心问题。

2、tio2是一种具有多晶型的化合物，有锐钛矿型、金红石型和板钛型三种晶型。目前，tio2是应用最广泛的光催化剂，与其他半导体材料相比,它有很多显著的优点。 1）紫外光的吸收率高，可以直接使用阳光和荧光灯中包含的紫外线，紫外线<387 nm可以刺激电子空穴对的产生；2）具有宽带隙、强氧化还原能力、高光催化活性；3）抗光腐蚀性和化学稳定性能良好；4）tio2价格便宜、安全无毒，又可以吸附很多有机污染物，这些优点使得tio2成为一种被广泛使用且技术纯熟的光催化剂，但是纳米tio2在催化过程中也存在一些问题，首先，它只能吸收太阳能的紫外线部分，对于太阳能的利用率太低；其次，量子产率低，反应速率较慢，对于大量和高浓度的废水和废气难以处理;第三，悬浮液中的催化剂颗粒难以分离和回收，并且光催化剂负载在保持高催化活性和满足物理条件的前提下，该技术难以将催化剂均匀且牢固地负载在不同材料的表面上，容易导致催化剂的有效光催化面积减小，和悬浆体系相比之下，光催化活性降低。所以，要对tio2进行改性，以达到扩展tio2的吸收光谱范围、制备高活性的tio2催化剂的目的。

3、公开号为cn103831123a的中国发明专利文件，公开了“一种共掺杂tio2催化剂及其制备方法”，阐述了一种通过双层水热法制备金属离子掺杂的tio2，然后在氨气气氛下高温焙烧进行氮掺杂，得到金属和氮共掺杂的tio2催化剂的方法。该方法存在的问题是需要在氨气高温焙烧过程中掺氮，掺杂金属离子，该过程需要长时间高温处理，能耗较高。且需要提前制备前驱体工艺复杂。

4、公开号为cn104258861a的中国发明专利文件，公开了“改性tio2光催化剂的制备方法”，通过将无水乙醇分成等量的两份,第一份在搅拌的情况下滴加钛酸丁酯,形成无色溶液,将第二份与乙酸和蒸馏水混合,滴加到上述无色溶液中,搅拌制成溶胶,放置形成干凝胶,再将干凝胶浸泡在氯化铁、氯化铵的硫酸溶液中，放置形成干凝胶,研磨成细粉后灼烧,得到改性tio2光催化剂的方法。该方法存在的问题有在形成干凝胶的过程中需要几天的时间，且也需要进行焙烧，设备、工艺较复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改性纳米tio2催化剂的制备方法，该方法改性时间短、流程简单，无需使用复杂的改性设备，所制备催化剂的催化效果较改性前有明显的提升。

2、为达此目的，本发明改性纳米tio2催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、（1）将有机染料溶于去离子水中，得到改性药剂溶液；

4、（2）将纳米二氧化钛粉末置于改性药剂溶液中，搅拌后静置，经分离、水洗、抽滤，将所得固体在100℃～150℃的条件下干燥4～8h，得到改性纳米tio2；

5、（3）将改性纳米tio2球磨过筛，得到粒度为10～300nm的改性纳米tio2催化剂。

6、进一步地，所述的步骤（1）中，有机染料为甲基橙、甲基红和溴百里酚蓝三者中的一种。

7、进一步地，所述的步骤（1）中，改性药剂溶液中有机染料的浓度为1～5g/l。

8、进一步地，所述的步骤（2）中，搅拌速度为120～300r/min，搅拌时间为3～8min，静置时间为1～4h。

9、进一步地，所述的步骤（3）中，球磨时间为20～30h，球磨转速为200～300rpm。

10、本发明还有一个目的是提供一种改性纳米tio2催化剂的应用，所述的改性纳米tio2催化剂用于处理含蛋白污水。含蛋白污水的浓度较高，其中含有较多杂质，透光性较差，反应难以顺利进行，在实际废水处理过程中，为便于后续深度处理，可以先应用光催化法进行初步处理，提高处理效果，同时，纳米tio2无毒无味，价格低廉，化学稳定性高，且这种处理方式不会造成二次污染，还可以回收重复使用，直至催化剂失去活性。

11、采用本发明方法，tio2改性时间短、流程简单，无需使用复杂的改性设备。且所得改性纳米tio2催化剂的催化效果较改性前有明显的提升，具有实际的应用潜力和价值。本发明利用有机染料改性药剂对tio2进行改性，在用于污水处理时，有机染料分子受到光的激发，会产生氧化还原基团和电子，促进光催化反应。

技术特征：

1.一种改性纳米tio2催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性纳米tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，有机染料为甲基橙、甲基红和溴百里酚蓝三者中的一种。

3.根据权利要求1所述的改性纳米tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，改性药剂溶液中有机染料的浓度为1～5g/l。

4.根据权利要求1所述的改性纳米tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，搅拌速度为120～300r/min，搅拌时间为3～8min，静置时间为1～4h。

5.根据权利要求1所述的改性纳米tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，球磨时间为20～30h，球磨转速为200～300rpm。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的改性纳米tio2催化剂的制备方法制得的改性纳米tio2催化剂的应用，其特征在于，所述的改性纳米tio2催化剂用于处理制革污水。

技术总结
本发明涉及一种改性TiO<subgt;2</subgt;催化剂的制备方法及其应用，具体是利用有机染料改性药剂对TiO<subgt;2</subgt;进行改性，获得催化性能更加优异的催化剂材料。本发明中的制备方法，TiO<subgt;2</subgt;改性时间短、流程简单，无需使用复杂的改性设备，且所得改性纳米TiO<subgt;2</subgt;催化剂的催化效果较改性前有明显的提升，具有实际的应用潜力和价值。本发明利用有机染料改性药剂对TiO<subgt;2</subgt;进行改性，在用于污水处理时，有机染料分子受到光的激发，会产生氧化还原基团和电子，促进光催化反应。

技术研发人员：王艳飞,张大山,袁玉慧,裴玉娇,刘建路,唐保磊
受保护的技术使用者：山东海化集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6