[发明专利]一种降解有机物杂质的光催化剂与应用

说明书

本发明公开了一种降解有机物杂质的光催化剂与应用，属于光催化剂技术领域。本发明光催化剂的活性成分为TiO₂、ZnO、CuO、Cu₂O、SnO₂和ZrO₂中的一种或多种，光催化剂采用溶胶‑凝胶法或生物模板法制备而得。本发明的光催化剂(活性成分ZnO、CuO、Cu₂O、SnO₂、TiO₂和/或ZrO₂)在紫外光源的照射下，可高效光降解有机物，将大分子有机物分解为CO₂等无机物或者降解为小分子有机物，再将小分子有机物进一步降解脱除，基本去除氧化铝生产过程中的有机物杂质。

技术领域

本发明涉及一种降解有机物杂质的光催化剂与应用，属于光催化剂技术领域。

背景技术

氧化铝是典型的大型复杂流程性工业，从矿石提取氧化铝有多种方法，例如拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。

拜耳法生产工艺中有机物主要来源于以下两个方面:

(1)铝土矿中不溶于碱的腐殖质等有机质进入拜耳液中，这部分有机物占铝土矿中有机物总含量的20％～30％，是拜耳液中有机物的最主要的来源。

(2)在选矿和赤泥分离等工艺中要添加浮选药剂、絮凝剂等有机物。矿物浮选中常使用的捕收剂如黄药、氧化石蜡皂、塔尔油，调整剂如水玻璃、苛性淀粉，抑制剂如腐殖酸铵、糊精等有机表面活性剂部分溶解在铝酸钠溶液中而进入拜耳液。淀粉、聚丙烯酰胺等絮凝剂，除随赤泥一起沉降下来外，也会少量进入拜耳液中。这些浮选药剂和絮凝剂添加量少，其中只有一部分进入拜耳液中，约占拜耳液中有机物总量的4％。

拜耳液中有机物种类繁多，成分复杂，绝大多数有机物分子量都小于500，分子中含有羧基、羟基等官能团。至今为止，拜耳液中有机物的成分也没彻底统计出来。张妮等采用LC/MS和GC/MS确定了平果氧化铝厂拜耳液中含有草酸、乙酸、丙酸、对苯二甲酸等22种有机物。

由于在拜耳法的工艺中苛性碱液即母液不断循环使用的，所以拜耳液中的有机杂质含量不断的富集增加。当有机杂质的富集达到相当高的浓度时，就会严重干扰拜耳法生产的正常进行，如降低氧化铝的溶出率、Al₂O₃杂质增高、碱耗增加；降低赤泥沉降速度，增加赤泥过滤难度；加速设备结疤；减少设备容量利用率；恶化生产环境等。

有机物杂质对拜耳法生产工艺是不利的，设法脱除拜耳液中的有机物是铝工业中一个重要课题。许多学者对其行进了深入研究，提出了许多方法，主要有铝土矿焙烧法、母液焙烧法、离子交换法、结晶法，沉淀法、湿式氧化法等方法。

铝土矿焙烧法是在铝土矿溶出之前，焙烧矿物，氧化燃烧有机物，从源头上脱除矿石中的有机物。此法铝土矿中有机物脱除最彻底。然而铝土矿焙烧时间长、热损失大，能耗巨大，设备、生产成本很高；不能短期内彻底脱除拜耳液中的有机物；在高温培烧下，氧化铝和铁、硅等杂质易形成多元稳定化合物而降低氧化铝的溶出率。

母液焙烧法是将循环母液在高温下进行焙烧，焙烧中有机碳转化成二氧化碳排出。焙烧母液法将铝土矿中有机物脱除彻底，溶液不需要苛化。焙烧后铝酸钠溶出温度低、溶出速度快。矿石中补充了铝，高温培烧，使部分低品位、高硫铝土矿可以得到应用。但生产工艺需要蒸发、干燥、煅烧，能耗依然较大，需要增设溶液焙烧设备、废气处理设备，建厂投资成本大。

离子交换法是拜耳液通过离子交换树脂时，有机分子被交换到树脂上而实现脱除分离。然而在高碱性条件下，树脂机械强度下降，功能基团易变形破坏，再生困难。因而，离子交换法在拜耳液中应用的研究国内报道很少，在氧化铝工业中未得到工业应用。