[发明专利]一种废水处理高活性可见光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种废水处理高活性可见光催化剂及其制备方法，特别是一种粉煤灰漂珠负载的核壳结构的废水处理高活性可见光催化剂，其内核是直径为0.075‑0.85 mm的粉煤灰漂珠，外壳是厚度为100‑500nm的可见光催化剂活性组分；可见光催化剂的质量组成为：纳米TiO₂ 1%‑5%，纳米Bi₂O₃ 2%‑10%，石墨烯掺杂纳米SiO₂ 5%‑15%，粉煤灰漂珠75%‑87%；比重为0.45‑‑0.95g/cm³，比表面积为10‑50m²/g；由涂覆在粉煤灰漂珠上的可见光催化剂前驱体水溶胶干燥形成凝胶膜，然后在500‑700℃下烧结形成。本发明的可见光催化剂同时作为化学氧化催化剂，可采取加入少量化学氧化剂的方式稳定和提高有机污染物的降解效率，化学催化氧化和可见光催化对废水中有机污染物降解具有协同作用。

技术领域

本发明涉及一种废水处理高活性可见光催化剂及其制备方法，属于光催化材料和环境功能材料领域。

背景技术

纳米TiO₂ 作为一种光催化剂有着很强的氧化还原能力，在紫外光照射下，可产生具有强氧化性的羟基自由基（HO·），将有机污染物直接氧化成为CO₂和H₂O，因此，可采用纳米 TiO₂ 光催化剂分解废水中的有机污染物。纳米TiO₂光催化剂在应用过程中也存在许多不足之处，主要是纳米TiO₂光催化剂的量子效率低，光谱响应范围窄，易凝聚，易失活，在水溶液不易分散且回收困难等。因为太阳光谱中可见光占45%，而紫外光只占 3%-5%，专业人员力图通过掺杂改性等简单方式扩展纳米TiO₂光催化剂的光谱响应范围，使其能够在可见光范围发挥光催化作用，以高效利用太阳光能。同时还努力通过负载方式提高纳米TiO₂的光催化活性和解决其易凝聚和难回收的问题。

研究发现通过金属、非金属和碳原子的掺杂和复合，都能够将纳米TiO₂光催化范围扩展到可见光区域。另一种方式是直接采用金属铋系可见光催化剂和负载的金属铋系可见光催化剂。金属铋系列光催化材料包括氧化铋、硫化铋、卤氧化铋、碳酸氧铋、钨酸铋，钒酸铋，钛酸铋、铁酸铋、钼酸铋、磷酸铋和铋酸钠等。钛酸铋是TiO₂和 Bi₂O₃复合形成的多品相结构复合氧化物。例如， Bi₄Ti₃O₁₂，Bi₂Ti₂O₇，Bi₁₂TiO₂₀和Bi₂₀TiO₃₂等。钛酸铋化合物具有半导体光催化的特性，在紫外和可见光区域显示出良好的光催化性能，具有比TiO₂具有更高的光催化活性和更大的应用潜力。中国专利CN102416317A（2012-04-18）公开一种负载型光催化剂及其制备方法和用途，将钛酸铋光催化剂负载在氟化物处理过的玻璃珠上，以提高光催化性能和便于回收利用。中国专利CN103752304B（2015-12-30）公开一种制备氧化硅负载钛酸铋光催化剂的方法，采用溶胶-凝胶法工艺，将钛酸铋催化剂以高温烧结的方式均匀负载在氧化硅载体表面。中国专利CN106607063B（2019-09-17）公开漂浮型可见光催化剂及制备方法和应用，以粉煤灰漂珠为载体，负载BiOBr或/和BiOI光催化材料。由于金属铋是两性元素，其化合物作为可见光催化剂的化学稳定性不能与纳米TiO₂相比，所以，采用纳米TiO₂掺杂改性方式制备可见光催化剂仍是目前研究开发的重点。