專利名稱：TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TiO2/MnSO4復合光催化劑及其制備和應(yīng)用，屬無機催化劑及其制備和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光催化技術(shù)利用紫外光輻照具有光催化活性的半導體材料后產(chǎn)生光生空穴及其被俘獲后形成羥基自由基，具有極強的氧化能力，幾乎可以氧化所有的有機污染物并使之礦化。近年來隨著人們對環(huán)境中難降解的微量有機污染物的關(guān)注，光催化氧化技術(shù)由于能夠直接利用太陽光的特點而備受矚目。TiO2不僅化學性質(zhì)和光化學性質(zhì)十分穩(wěn)定、無毒價廉，而且其銳鈦礦形式具有較高的光催化活性，是目前光催化技術(shù)中普遍運用的光催化劑。研究表明，只有吸附在光催化劑表面的有機物才能被降解；光催化劑的比表面積越大，越有利于有機污染物的吸附，從而增大反應(yīng)幾率。通常制得的TiO2為無定型的，光催化活性不高，需要經(jīng)過400℃以上的溫度焙燒晶化形成銳鈦礦型TiO2后，才具有較高的光催化活性，但是經(jīng)過焙燒后其比表面積就會迅速降低，致使其吸附能力大大降低，影響其光催化效率。
含有機染料的廢水具有污染物濃度高、色度深、可生化性差、處理難度大等特點，對水環(huán)境危害大。處理上述廢水時，必須對其進行脫色處理。國內(nèi)外已試用多種脫色技術(shù)，如化學混凝法、離子交換法、臭氧氧化法、H2O2-Fenton試劑法、生物化學法和吸附法等對其進行處理，但處理效果均難以令人滿意，迫切需要研究和開發(fā)新的處理技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提出一種TiO2/MnSO4復合光催化劑，其特征在于，它由TiO2和MnSO4混合組成，MnSO4吸附在TiO2顆粒的表面，TiO2與MnSO4的重量比為96∶4。該催化劑能對含有機染料的廢水進行吸附、脫色和光催化降解處理，有吸附能力強、光催化活性高、穩(wěn)定性好、無毒等優(yōu)點。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種TiO2/MnSO4復合光催化劑的制備。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案的特征在于以銳鈦礦型TiO2粉體為載體，通過MnSO4溶液浸漬處理、干燥、焙燒，制得TiO2/MnSO4復合光催化劑。
現(xiàn)詳細說明該技術(shù)方案，具體操作步驟為第一步原料準備稱取100份重量的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500份重量的0.06mol/L的MnSO4溶液，攪拌下浸漬處12～24h；第三步干燥、焙燒，得產(chǎn)品通過離心處理，獲得經(jīng)上步處理的浸漬溶液中的銳鈦礦型TiO2粉體，將其置于100℃下干燥8～10h，再將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于300～400℃下，焙燒3～5h，得104份重量的成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑，TiO2與MnSO4的重量比為96∶4，TiO2粉體顆粒的表面吸附有MnSO4薄層。
本發(fā)明的另一個目的是提出TiO2/MnSO4復合光催化劑的應(yīng)用。實現(xiàn)該目的的技術(shù)方案的特征在于利用KMnO4與浸漬燒結(jié)在TiO2粉體顆粒表面的MnSO4反應(yīng)生成新生的MnO2，然后將該催化劑加入待處理的含有機染料的廢水，新生的MnO2對廢水中的有機染料進行吸附、脫色處理和TiO2對廢水中的有機染料進行光催化降解處理。該技術(shù)方案的具體操作如下將1份重量的TiO2/MnSO4復合光催化劑與5份重量的0.04mol/L的KMnO4溶液混合，加入1mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，靜置10min后立即加入200～250份重量的待處理含有機染料的廢水。
本發(fā)明的應(yīng)用的原理如下利用KMnO4與浸漬燒結(jié)在TiO2粉體顆粒表面的MnSO4反應(yīng)生成的新生MnO2，吸附在TiO2粉體顆粒表面，反應(yīng)簡式可表示為
新生MnO2具有強大的吸附能力，但不能將被吸附的有機染料降解。新生MnO2具有發(fā)達的自由羥基化表面，在pH值較低的酸性溶液中，新生MnO2顆粒表面質(zhì)子化程度較高，使表面荷正電。因此，可與有機染料分子中荷負電的基團以庫侖力結(jié)合，形成外配位表面絡(luò)合物，化學吸附在TiO2的表面，TiO2使吸附在其表面的有機染料分子快速光催化降解。
該復合光催化劑適于對較高濃度的有機染料(如甲基橙、丁基羅丹明B、茜素紅等)的廢水進行吸附和光催化降解處理。
本發(fā)明有以下優(yōu)點1.吸附力強；2.光催化活性高；3.穩(wěn)定性好；4.無毒。
具體實施例方式
實施例1至實施例7的制備方法和應(yīng)用的操作步驟均按照發(fā)明內(nèi)容中的技術(shù)方案的操作步驟進行操作。
實施例1第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理12h；第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥8h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于300℃下焙燒5h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例1的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.4g TiO2/MnSO4催化劑與2g 0.040mol/L的KMnO4溶液混合，加入1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的100mg/l甲基橙溶液進行吸附脫色。吸附15min后溶液中甲基橙的含量為0.70mg，在30W紫外殺菌燈照射1小時后溶液中甲基橙的含量為0.23mg，降解率為66.7％；光催化劑吸附的甲基橙量為9.3mg，經(jīng)過30W紫外殺菌燈照射1小時后吸附的甲基橙量為3.26mg，降解率為65％。
實施例2第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理18h；第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥9h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于350℃下焙燒4h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例2的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.5g TiO2/MnSO4催化劑與2.5g的0.04mol/LKMnO4溶液混合，加入1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的100mg/l甲基橙溶液進行吸附脫色。吸附15min后溶液中甲基橙的含量為0.7mg，在太陽光照射1小時后溶液中甲基橙的含量為0.225mg，降解率為67.8％。
實施例3第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理24h；第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥10h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于。400℃下焙燒3h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例3的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.4g TiO2/MnSO4催化劑與2g 0.040mol/L的KMnO4溶液混合，加入1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的100mg/l甲基橙溶液進行吸附脫色。吸附30min后溶液中甲基橙的含量為1.14mg，在250W高壓汞燈照射1小時后溶液中甲基橙的含量為0.37mg，降解率為68％；光催化劑吸附的甲基橙量為8.86mg，經(jīng)過250W高壓汞燈照射1小時后吸附的甲基橙量為3.01mg，降解率為66％。
實施例4第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理12h；第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥8h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于300℃下焙燒5h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例4的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.4gTiO2/MnSO4催化劑與2.0g 0.040mol/LKMnO4溶液混合，加入1g的1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的100mg/l丁基羅丹明B溶液進行吸附脫色。吸附15min后溶液中丁基羅丹明B的含量為1.0mg，在30W紫外殺菌燈照射1小時后溶液中丁基羅丹明B的含量為0.13mg，降解率為87％；光催化劑吸附的丁基羅丹明B為9.0mg，經(jīng)過30W紫外殺菌燈照射1小時后吸附的丁基羅丹明B量為0，降解率為100％。
實施例5第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理18h；第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥9h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于350℃下焙燒4h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例5的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.5g TiO2/MnSO4催化劑與2.5g 0.040mol/LKMnO4溶液混合，加入1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的100mg/l丁基羅丹明B溶液進行吸附脫色。吸附15min后溶液中丁基羅丹明B的含量為0.76mg/l，在30W紫外殺菌燈照射1小時后溶液中丁基羅丹明B的含量為0.099mg/l，降解率為87.1％；光催化劑吸附的丁基羅丹明B量為9.9mg，經(jīng)過30W紫外殺菌燈照射1小時后吸附的丁基羅丹明B量為0.13mg，降解率為98.7％。
實施例6第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理24h；第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥10h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于。400℃下焙燒3h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例6的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.2g TiO2/MnSO4催化劑與1g 0.040mol/L的KMnO4溶液混合，加入1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的20mg/l丁基羅丹明B溶液進行吸附脫色。吸附60min后溶液中丁基羅丹明B的含量為0.059mg，降解率為97％。
實施例7第一步原料準備稱取100g的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500g的0.06mol/L的MnSO4溶液，浸漬處理12h；
第三步干燥、焙燒，得成品100℃干燥8h，將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于300℃下焙燒5h，得104g成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑。
實施例7的產(chǎn)品的應(yīng)用在錐形瓶中將0.4gTiO2/MnSO4催化劑與2g的0.040mol/LKMnO4溶液混合，加入1mol/L硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，搖勻，靜置10min后直接加入100g的100mg/l茜素紅溶液進行吸附脫色。吸附15min后溶液中茜素紅的含量為0.12mg，在30W紫外殺菌燈照射1小時后溶液中茜素紅的含量為0.088mg，降解率為27％；光催化劑吸附的丁基羅丹明B量為9.88mg，經(jīng)過30W紫外殺菌燈照射1小時后吸附的茜素紅量為9.53mg，降解率為96.5％。
權(quán)利要求
1.一種TiO2/MnSO4復合光催化劑，其特征在于，它由TiO2和MnSO4混合組成，MnSO4吸附在TiO2顆粒的表面，TiO2與MnSO4的重量比為96∶4。
2.權(quán)利要求1所述TiO2/MnSO4復合光催化劑的制備，其特征在于以銳鈦礦型TiO2粉體為載體，通過MnSO4溶液浸漬處理、干燥、焙燒，制得TiO2/MnSO4復合光催化劑，具體操作步驟為第一步原料準備稱取100份重量的銳鈦礦型TiO2粉體，作為載體，備用；第二步MnSO4溶液浸漬將上步的原料加入到500份重量的0.06mol/L的MnSO4溶液，攪拌下浸漬處理12～24h；第三步干燥、焙燒，得產(chǎn)品通過離心處理，獲得經(jīng)上步處理的浸漬溶液中的銳鈦礦型TiO2粉體，將其置于100℃下干燥8～10h，再將干燥的銳鈦礦型TiO2粉體置于300～400℃下，焙燒3～5h，得104份重量的成品，TiO2/MnSO4復合光催化劑，TiO2與MnSO4的重量比為96∶4，TiO2粉體顆粒的表面吸附有MnSO4薄層。
3.權(quán)利要求1所述TiO2/MnSO4復合光催化劑的應(yīng)用，其特征在于利用KMnO4與浸漬燒結(jié)在TiO2粉體顆粒表面的MnSO4反應(yīng)生成新生的MnO2，然后將該催化劑加入待處理的含有機染料的廢水，新生的MnO2對廢水中的有機染料進行吸附、脫色處理和TiO2對廢水中的有機染料進行光催化降解處理，具體操作如下將1份重量的TiO2/MnSO4復合光催化劑與5份重量的0.04mol/L的KMnO4溶液混合，加入1mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液的pH值，至pH≤2，靜置10min后立即加入200～250份重量的待處理含有機染料的廢水。
全文摘要
一種TiO
文檔編號B01J37/02GK1528517SQ03151288
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者劉志強, 單永奎, 何鳴元 申請人:華東師范大學