[发明专利]一种用于微污染原水预处理的光催化复合填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种用于微污染原水预处理的光催化复合填料及其制备方法。

背景技术

光催化氧化是利用光化学反应降解污染物的一种途径，可分为均相和非均相催化两种类型。均相光催化降解中较常见的是以Fe²⁺或Fe³⁺及H₂O₂为介质，通过photo-Fenton反应产生·OH使污染物得到降解；非均相光催化降解是以n型半导体为敏化剂的特殊光敏化氧化。n型半导体在一定波长的入射光照射下被激发，其满带和导带上分别产生空穴和自由电子。由光产生的空穴有很强的得电子能力，可夺取半导体颗粒表面有机物或溶剂中的电子，最终生成氧化能力极强的·OH，使溶液中的有机污染物被氧化而分解。

TiO₂作为n型半导体光催化氧化反应催化剂，具有反应条件温和，通常在常温、常压进行，易操作等优点，近年来在水处理领域得到了广泛深入的研究。目前TiO₂的使用形式主要有悬浮式和固定式两种。

传统的光催化研究一般在悬浆体系中进行。由于光催化剂以粉末形态悬浮于反应体系中，接触面积大、传质效果好，所以催化效率高。但是，悬浆催化体系一个显著的缺点是，在光催化工艺后需要附加催化剂的分离工序，这就增大了装置的复杂性以及建设运行成本。而悬浮型TiO₂颗粒细小，通常粒径只有几十纳米，且比重较小，传统的过滤、沉淀、离心等方法很难对TiO₂光催化剂进行分离、回收，分离回收后的催化剂易凝聚，活性下降较大，难以再生利用。另外，悬浮态的TiO₂颗粒对光的吸收阻挡会影响光源的辐照深度，因此很难进行规模化、商业化推广应用。

将TiO₂催化剂固定在一定载体上，尽管催化体系效率会比悬浆体系低，但可以有效地解决催化剂分离、回收和再生困难问题，还可以根据光催化反应器的结构不同来选择不同的载体和负载工艺。

负载的目的就是要在保证光催化活性的前提下使载体与TiO₂之间产生一种结合力，从而避免TiO₂的脱落。对催化剂的固定化而言，首先必须要保证活性组分能吸收光，良好的光催化活性必须依赖于光和催化剂的密切配合，只有激活的催化剂才具有光催化效果，所以光催化剂的载体也不同于一般的催化剂载体。光催化剂载体大体可以分为两类：无机载体和有机载体。无机载体又包括玻璃类、金属类和多孔类。有机材料在日常生活中应用广泛，若将TiO₂负载于有机材料上可以拓展光催化剂的应用领域。聚丙烯等高分子材料性质稳定，在水溶液中不易发生化学性质变化，易于成膜，是理想的TiO₂载体材料。

光催化剂TiO₂的负载方法很多，如溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、液相沉积法、溅射法、粘结剂法以及悬浮浆料等，不同的负载方法可获得不同性能的功能性光催化材料。但上述负载技术仍存在牢固性不够强，光催化效率不理想，难以产业化等缺点。因此需要选择合适的载体和负载方法完成对TiO₂的固定化，既能提供较强的TiO₂结合度，又能保持甚至提高TiO₂的光催化活性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于微污染原水预处理的光催化复合填料，该填料具有流化性强，比表面积大，TiO₂结合度强，光催化效率较高，使用周期长，不堵塞，运行简便等特点。

本发明采用的技术方案是提供一种光催化复合填料，结构为斜旋式多孔复合填料，由聚丙烯载体和纳米TiO₂组成，TiO₂的质量分数为8％～10％，即TiO₂的质量占复合填料总质量的8％～10％。