[发明专利]一种可再生循环使用氟化锂修饰二氧化钛纳米催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可再生循环使用氟化锂修饰二氧化钛纳米催化剂的制备方法，主要应用于污水处理和光催化降解有机物，属于半导体光催化技术和污水净化领域。

背景技术

水资源的过度消耗和环境污染导致水资源短缺成为全球关注的首要问题。我国水资源地区分布不均衡，水资源相对贫乏，随着水体污染的不断加剧，可利用的水资源十分有限。水体污染破坏生态环境，危害人体健康，影响国计民生，大大制约了国民经济发展，因此，污水处理和净化是目前亟待解决的一大问题。目前影响水质的两大主要因素是水中致病微生物和有毒化学物，其中，最为突出的是水体中的有机物污染。调查显示，我国80％左右的河流均受到不同程度的有机物污染，部分有机污染物在环境中降解缓慢，滞留时间长，可通过生物放大和食物链的富集输送作用对水生物体和人体健康构成直接威胁，产生潜在危害。因此，采用高效节能、绿色环保的方法降解污水中的有机物污染是目前污水处理的一大热点。

目前，国内处理染料废水普遍以生物法为主，同时辅以化学法，但脱色及COD去除效果差，出水难以稳定达到国家规定的排放标准。光催化氧化法是近年来水处理研究的热点之一，因其具有能耗低、操作简便、无二次污染等优点，引起了研究者的广泛关注，被认为是环境友好、可持续发展的新型水处理技术。二氧化钛作为一种多功能半导体材料，具有光催化氧化废水有机污染物的功能，具有活性高、稳定性好、对人体无毒、成本低等优点，在污水处理方面潜力巨

大，成为目前光催化剂材料的研究热点。然而由于纯二氧化钛属于宽禁带半导体(3.0～3.2eV)，只能吸收紫外光，导致催化效率较低。为此，人们采用多种方法对二氧化钛进行修饰改性，使之能更有效的利用太阳光，以提高二氧化钛对有机物的处理能力，达到商业应用的水平。离子掺杂或修饰是目前较为常用的办法。通过对二氧化钛的掺杂改性，能有效改进在可见光范围类的光响应，大大提高其降解能力。但目前大部分的催化剂都存在“中毒”问题，无法再生使用，不利于成本降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有问题，提出一种可再生循环使用的氟化锂修饰二氧化钛纳米催化剂的制备方法。通过水热法用氟化锂修饰纳米二氧化钛颗粒，大大加强二氧化钛对有机染料的吸附效果，增强二氧化钛的光催化能力，使其在可见光波段也有良好的降解效果。

本发明的第二个目的是提出对上述催化剂的再生方法。

本发明提出的可再生循环使用的氟化锂修饰二氧化钛纳米催化剂采用二次水热法制备，其具体制备方法如下：

1）、制备二氧化钛纳米粉末

a)、配置前驱体溶液，其组分为：将浓度为98%的浓H₂SO₄和浓度为37%的HCl摩尔比为3:4，加入去离子水，使溶液的H⁺浓度保持在0.1mol/L，加入浓度为98%的钛酸丁酯1-15ml混合；

b)、将硫酸、盐酸和水搅拌均匀后，滴加钛酸丁酯并充分搅拌，将搅拌均匀的前驱体溶液倒入反应釜中，80~160℃水热反应10~20h；

c)、待反应釜自然冷却到室温后，将样品取出，清洗粉末至中性。烘干，研磨，即得到二氧化钛纳米粉末；

2)、氟化锂修饰二氧化钛纳米粉末的制备

将分析纯氟化锂与上步制得的二氧化钛纳米粉末加入乙醇与水的混合溶液中，乙醇浓度体积百分比10-90%，均匀搅拌，120-180℃水热反应10-20h；

待反应釜自然冷却至室温后，将样品取出，烘干，研磨；400-600℃退火1-3h，可得到氟化锂修饰二氧化钛纳米催化剂粉末样品。

上述氟化锂修饰的纳米二氧化钛纳米催化剂的制备中， Li与Ti元素的摩尔比范围为0.25~1：1。

在二氧化钛纳米粉末制备中钛源可采用如下材料：钛酸丁酯、钛酸异丙酯、硫酸钛。

采用上述方法制得的粉末为氟化锂和锐钛矿相二氧化钛共存的混合物（附图1），平均颗粒尺寸为20~30nm（附图2）。超声10分钟对有机物的吸附率可达92%，可见光催化降解率可达60%。