[发明专利]一种氧化钛纳米页包裹粉煤灰微球的光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于一种新材料及该材料的制备方法，具体地说是一种用于降解水中有机污染物的光催化材料。

背景技术

环境污染和能源短缺是当今人类面临的重大挑战，也是我国实施可持续发展战略必须优先解决的重大问题。随着全球环境污染和能源短缺的加重，发展绿色低碳技术的重要性和紧迫性日益凸显。光催化技术是近年来发展起来的一种绿色低碳技术，可以直接利用太阳光催化降解水中或空气中的有机污染物，消除环境污染；还可以将太阳光能转化为电能、化学能加以利用。因此，光催化技术在环境污染治理和新能源开发方面具有巨大的潜力。

光催化技术的核心是高效光催化剂的研究开发。自从Fujishima和Honda发现二氧化钛（TiO₂）电极光分解水以来，人们相继研究开发了很多新型的光催化剂，其中TiO₂由于具有廉价、无毒、稳定性高、耐光腐蚀等优点，被认为是一种较为理想的绿色光催化材料。但是作为一种好的光催化剂，纳米TiO₂在光催化降解水中有机污染物方面存在一个主要问题：颗粒细小，水处理后不易分离回收重复使用，严重制约了纳米TiO₂在水处理中的应用和发展。通常的解决办法是将纳米TiO₂负载于一定的载体上进行使用，因此纳米TiO₂光催化剂的负载日益受到人们的关注，成为近年来非常热门的前沿研究领域之一。

目前，TiO₂的负载方法主要有溶胶-凝胶法、化学沉积法、电泳法等。被用来作为TiO₂载体的材料，按是否具有孔吸附性能可分为非吸附性载体（如：玻璃片、陶瓷片、金属片等）和吸附性载体（如：活性炭、活性炭纤维等）。纳米TiO₂的负载是近年来光催化领域的研究热点之一，取得了大量的研究成果，且主要都是针对体相氧化钛（如TiO₂纳米颗粒、TiO₂薄膜等，最小单维尺寸大于几个纳米）进行的。普遍认为：与粉末态催化剂与废水组成的悬浮体系相比，以玻璃片、陶瓷片、金属片等非吸附性载体负载的催化剂，由于水中有机物以及溶解氧等传质过程因载体的引入而受到限制，以及负载型催化剂难以有效分散于水中与目标污染物充分接触等原因，光催化降解效率往往会降低。活性炭、活性炭纤维等多孔载体由于其吸附性能可在一定程度上提高光催化降解效率，但这些吸附性载体的价格往往较高，无疑会增加水处理的成本。因此，急需寻找一种廉价、化学性质稳定、易于回收、能有效分散于水中与目标污染物充分接触的理想载体。

粉煤灰是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，粒径在1~500μm之间。我国每年排放的粉煤灰超过1亿吨，其重复利用率仅为41.7％，主要限于建材制品、建筑工程、道路工程等方面，其余大部分被堆积废弃，不仅占用了大量耕地，而且极易造成环境污染，因此粉煤灰的综合利用逐渐成为当今环境科学的重要课题之一。与纳米TiO₂粉末相比，粉煤灰颗粒大质量重，以粉煤灰为载体制备负载型TiO₂光催化剂，水处理后只需静置沉降就可实现催化剂的分离回收；与玻璃片、陶瓷片、金属片这类载体相比，微米级的粉煤灰在搅拌和鼓气的状态下可与废水组成悬浮体系，能够与目标污染物充分接触；与活性炭、活性炭纤维等载体相比，以废弃的粉煤灰为载体，不仅能降低水处理的成本，而且节能环保、以废制废；此外，粉煤灰的主要化学成分为硅铝氧化物，化学性质稳定。因此，粉煤灰或许是一种较为理想的载体。