[发明专利]一种复合异质结光催化剂的制备方法及应用

说明书

一种复合异质结光催化剂的制备方法及应用，属于资源利用及环境净化领域。高铁赤泥70‑95份，生物质类还原剂5‑30份，将高铁赤泥和还原剂混合均匀并在0.5‑3MPa的压力下成型；所得混合物煅烧处理，温度为200‑400℃；最后取出混合物并研磨过筛，即得该光催化剂。本发明采用生物质热解的方式将高铁赤泥中Fe₂O₃部分转变为带磁性的Fe₃O₄，使催化剂具有磁性，便于回收再利用；煅烧过程中高铁赤泥的硅铝矿物与Fe₂O₃、TiO₂结合，使Fe₂O₃和TiO₂生成异质结；热解产物碳与催化剂颗粒结合，提高了催化剂的吸附和导电性能；有利于提升催化剂的降解效率；可将降解不彻底的低分子污染物吸附至催化剂表面进行再次降解，防止产生二次污染，整个降解过程操作简单，有效达到自洁净的目的。所采用的原料易得，经济可行。

技术领域

本发明属于工业固体废物资源化利用及环境净化技术领域，具体涉及一种自洁净高电导率易回收的复合异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

高铁赤泥是拜耳法生产氧化铝过程中排放的一种强碱性工业固废。随着氧化铝工业的发展，高铁赤泥的排放量日益增加，2018年我国高铁赤泥排放量已超过4000万吨，但其资源化利用率仅4％左右。高铁赤泥以露天堆放或筑坝堆存的方式处置，此方式不仅占用了大量的土地，而且对环境造成了严重的污染。因此，如何提升高铁赤泥的资源化利用率及扩宽其利用途径成为了制约氧化铝企业发展的瓶颈。

与此同时，随着化工、印染和医药等行业的飞速发展，相关企业排放大量含有机污染物的工业废水。有机污染物不仅毒性高且不易被生物降解或消除，在水体中半衰期长、分散广，可由食物链传递、迁移进入人体，易造成癌变或畸形。近年来，光催化技术因其能利用太阳能来处理环境中的污染物质而备受关注。光催化降解是通过光催化剂在适当波长的光照射下产生活性物质，这些活性物质通过氧化溶解在水中的有机物，将有机污染物分解为CO₂、H₂O或毒性较低的化合物。该方法操作简便、反应条件温和、降解效率高、节能环保，已被国内外专家学者认为是净化有机污染物废水的有效技术途径之一。但光催化降解有机物核心难题在于如何设计高效、廉价、稳定的光催化材料及提高光催化剂降解有机污染物后的回收利用率。

高铁赤泥中Fe₂O₃、TiO₂、SiO₂和Al₂O₃含量较高，可作为一种光催化剂在可见光的照射下对水中有机污染物进行降解。如专利CN201910347426.7公开了一种利用三聚氰胺为C₃N₄的前驱体，将其与赤泥混合并在500-600℃下煅烧2-4小时，经研磨25-35分钟后得到赤泥/C₃N₄复合光催化剂。专利CN201710265875.8公开了一种赤泥活化改性的方法及应用，包括利用酸改性赤泥，并与TiO₂前驱体、水在30-90℃下混合2-10小时，在通过洗涤烘干过程，最后在300-600℃下焙烧2-4小时；得到改性赤泥。专利CN201610655236.8公开了一种制备新型二氧化钛光催化剂的方法，包括TiO₂粉体100份、蓖麻油硫酸钠8-12份、赤泥10-15份、铈盐0.5-1.5份和海藻粉5-10份。上述专利均为利用赤泥制备光催化剂或光催化剂载体的技术，但受催化剂无磁性、电导率低及吸附性能差等影响，目前并不能有效的回收。同时，光催化效率低且降解有机污染物的过程可能存在二次污染，加之再利用的加工工艺复杂、能耗高、不环保、成本高，导致赤泥制备光催化剂并不能得到推广和广泛的应用。

综上所述，目前急需研发一种利用高铁赤泥制备自洁净高电导率易回收的光催化剂，且加工工艺简单、绿色环保、能耗低、成本低的方法。

发明内容