[发明专利]一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于光催化领域，涉及一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法。该光催化剂包括微孔陶瓷载体、纳米氧化钛与稀土固溶体复合的硅气凝胶粉体和粘结剂；纳米氧化钛与稀土固溶体复合的硅气凝胶通过粘结剂的粘结作用负载在微孔陶瓷载体上，并在高温烧结后浸泡与稀酸中将光催化剂的pH调至中性，有效提高催化剂的耐水性。本发明的光催化剂中其催化作用的纳米氧化钛与稀土固溶体复合的硅气凝胶，锐钛型纳米级氧化钛与稀土固溶体均匀地附着于硅气凝胶的孔洞表面，制备出能够长效、强效地吸附分解污水中COD等有机污染物的光催化材料，且耐水性好，使吸附捕捉与光催化降解污染物的功能集于一身。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法。

背景技术

我国是联合国指定的13个贫水国之一，水资源匮乏。同时又面临着严峻的水污染问题。水处理技术粗略分为两类：生物处理技术和物化处理技术。其中生物处理技术是废水净化的主要工艺。随着工业的不断发展，环境污染日益严重，人们对环境的要求不断提高，传统水处理工艺中的物理方法、生物方法往往不能得到满意的结果。

光催化氧化技术是近20年才出现的水处理新技术。光催化氧化法在环境保护上的应用已引起世界各国高度重视,我国在这方面也加强了投资力度。近几年来，光催化氧化法处理COD以成本低、无二次污染的突出优点，已得到人们的普遍认可。选择高效的催化剂，摸索最佳的操作参数，寻求最佳的解决方案,提高污水中有机物的分解率是我们研究的目的，其在工业废水处理方面的应用潜力是巨大的。

光催化是在一定波长光照条件下，半导体材料发生光生载流子的分离，然后光生电子和空穴在与离子或分子结合生成具有氧化性或还原性的活性自由基，这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水,在反应过程中这种半导体材料也就是光催化剂本身不发生变化。光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，对污水质量的改善已得到国际学术界的认可。

二氧化钛光催化技术可以有效分解水中的有机污染物COD。目前光催化技术推广的主要障碍在于成本过高，性能不稳定容易中毒的问题。非固载的光催化剂粉体在使用过程中，由于颗粒粒度小，因而回收困难，容易中毒，且当溶液中有高价阳离子时不易发散，固载后上述问题基本解决。目前所采用的载体大多为无机材料，主要为硅酸盐和金属，玻璃易成型、透光性好，但表面光滑，对催化剂的附着能力差、对催化剂易流失、比表面积小，影响光催化剂的活性。

申请号：200810051025.9的中国专利涉及一种无机功能材料的制备，尤其是以微孔矿物为载体，负载宽禁带N型半导体制备光催剂及其方法。其用天然微孔矿物和人工改性获得的微孔矿物制备成载体，采用溶胶-凝胶浸渍方法实现负载具有光催化功能的N型半导体及复合半导体，所制得的催化剂应用于有机污染物的光催化降解或作为涂料填料的应用。但是上述制备方法制备的半导体或复合半导体存在颗粒不均匀，易中毒，耐水性差且催化效率不够高的问题。

因此，如何制备一款有效性能稳定且催化效率高的光催化剂是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法，本发明的光催化剂中其催化作用的纳米氧化钛与稀土固溶体复合的硅气凝胶，锐钛型纳米级氧化钛与稀土固溶体均匀地附着于硅气凝胶的孔洞表面，制备出能够长效、强效地吸附分解水中的有机污染物COD的光催化材料，制备过程避免了纳米级氧化钛的团聚难题，同时大大降低了烧结温度，降低了成本。将纳米二氧化钛负载到气凝胶上，使气凝胶不仅具有吸附捕捉游离在水中的有机污染物COD的功能，而且依靠均匀负载固定在气凝胶表面或纳米孔壁的纳米TiO₂的光催化作用能把气凝胶纳米孔洞内吸附捕捉水中的有机污染物COD在光照条件予以分解。既解决了气凝胶本身不具备光催化降解功能，又克服了单分散纯纳米二氧化钛吸附捕捉功能的不足；使吸附捕捉水中的有机污染物COD等污染物的功能与光催化降解水中的有机污染物COD等污染物的功能集于一身。