[发明专利]用于高含盐废水有机污染物处理的TiO2‑碳纤维复合光催化剂及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及复合光催化剂制备以及含盐废水体系中光催化氧化降解污染物领域，具体涉及一种用于高含盐废水有机污染物处理的TiO₂-碳纤维微弱光响应的复合光催化剂的制备方法。

背景技术

我国工业经济的飞速发展，带来了众多日益严重的新型环境污染问题，工农业废水中以染料废水为代表的含有有机污染物的水污染是急待解决的环境污染问题之一。由于工农业种类繁多，其产生的废水组分非常复杂，而且废水中往往含有一定量的盐浓度，如煤化工、氯碱工业以及农药工业等，其废水中的盐浓度都较高(大多在5％以上)。这些高含盐废水中的有机污染物，往往难以应用传统的微生物处理技术进行有效降解，因而不能满足国家对煤化工等行业工业废水的“零排放”要求。以TiO₂纳米材料为代表的新型的多相光催化技术的发展，为高效处理含盐废水中有机污染物提供了一种可能。

由于无外加试剂、绿色、低能耗且对有机污染物的无选择性，多相光催化技术是目前新型环境治理方向研究的热点。开发各种纳米光催化剂的开发则是扩展多相光催化技术实际应用的关键因素。但，高含盐废水体系是一个特殊污染物废水体系，要得到在该体系中可以进行有效光降解的光催化剂，还需要解决两大难题。第一，光催化过程伴随着催化剂对降解物的吸附过程，在含盐废水体系中存在着大量的无机阴阳离子，这些都会在光催化剂表面与有机污染物产生竞争吸附。光催化材料若不能优先吸附有机物，催化剂表面活性位就会被离子占据，从而导致催化活性的降低甚至消失。因此，在高含盐废水体系中如何保证有机物在催化剂表面的吸附过程占主导地位是需要解决的首要问题。第二，目前光催化研究的光源大多是数百瓦的强光光源，这种光源不仅成本较高，而且需要冷却装置，这阻碍了多相光催化技术在实际治理领域中的进一步应用。要解决这一难题，需要光催化剂具有微弱光响应能力，而且在弱光激发下能保证优异的催化活性。

发明内容

鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种用于在高含盐水体系(10％以上浓度NaCl)中可以有效吸附有机污染物，并在弱紫外光激发下具有高效降解活性的光催化剂及其制备方法。

一种用于高含盐废水有机污染物处理的TiO₂-碳纤维复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳纤维分散于无水乙醇中，并在恒温水浴中搅拌直至形成均匀分散的悬浮体系；

(2)搅拌同时将钛酸四丁酯加入至所述悬浮体系中，完成后将水浴升温到80℃以上，搅拌同时缓慢滴加去离子水，滴加完成后搅拌反应4～6小时；

(3)冷却至室温后，用去离子水对步骤(2)所得反应产物进行数次洗涤过滤，将所得产物真空干燥后得TiO₂-碳纤维纳米复合材料；

(4)将所得TiO₂-碳纤维纳米复合材料与水混合，超声下形成均匀的悬浮体系后移入高压釜中，密闭后在160℃～180℃下进行热处理；

(5)将步骤(4)所得热处理反应液冷却后分离，经洗涤和烘干处理后得TiO₂-碳纤维光催化复合材料。

高含盐废水体系是一个特殊污染物废水体系，要得到在该体系中可以进行有效光降解的光催化剂，还需要解决两大难题：第一，光催化过程伴随着催化剂对降解物的吸附过程，在含盐废水体系中存在着大量的无机阴阳离子，这些都会在光催化剂表面与有机污染物产生竞争吸附。光催化材料若不能优先吸附有机物，催化剂表面活性位就会被离子占据，从而导致催化活性的降低甚至消失。因此，在高含盐废水体系中如何保证有机物在催化剂表面的吸附过程占主导地位是需要解决的首要问题。第二，目前光催化研究的光源大多是数百瓦的强光光源，这种光源不仅成本较高，而且需要冷却装置，这阻碍了多相光催化技术在实际治理领域中的进一步应用。要解决这一难题，需要光催化剂具有微弱光响应能力，而且在弱光激发下能保证优异的催化活性。