一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負載的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負載的應用，屬于半導體光催化功能材料技術領域。
【背景技術】
[0002]自1972年A.Fujishima和K.Honda在nature雜志發表關于η型半導體！^(^可以光分解水的文章以來，半導體光催化技術已成為一個新興的研宄學科。半導體多相光催化法作為一種污染治理新技術越來越受到人們的重視。
[0003]多相半導體光催化技術幾乎能夠完全將廢水中的各種有機物和無機物礦化為C02、H20和無機鹽，不會產生二次污染，達到了治理環境污染的目的，克服了傳統的相轉移和過濾法的不足。而且光催化技術能在室溫下深度氧化分解絕大多數的有機污染物，且裝置簡單，具有降解速度快、無選擇性、價格便宜、無毒害、可以長期使用等優點。
[0004]目前作為催化有機物降解的半導體光催化劑主要有Ti02、ZnO、CdS, W03、SnO2等，根據半導體的催化理論和實驗發現，半導體催化能力與其能級結構有關，半導體粉體光催化活性順序為Ti02>Zn0>W03。T12以其氧化能力強，催化活性高，生物、化學、光化學穩定性好等優勢一直處于光催化研宄的核心地位。
[0005]傳統的光催化研宄多限于懸浮體系，而懸浮體系由于存在后續分離和回收以及催化劑容易凝聚和中毒等缺點，限制了其工業上的大規模應用，因此，將打02光催化劑固定在合適的載體上，成為光催化領域迫切需要解決的問題。
[0006]火山巖(玄武巖)是火山爆發后由形成的多孔形石材。噴發時噴發出來的巖漿有氣體渣、固體巖漿，艷磊石材，溫度和壓力迅速下降，發生了化學和物理變化，所以巖漿就變成了火山巖。火山巖含有大量的硅、鉀、鈉、鐵、鎂、銅、鋅、鉻、鎳、錳等26種礦物元素。
[0007]目前火山巖應用于催化劑負載時，主要利用了其多孔性的特點，可以增加催化劑的比表面積，從而提高催化效率。
[0008]中國專利文獻CN101559362A(申請號200910068963.4)公開了一種用于去除垃圾焚燒爐煙氣中二惡英的催化劑，以火山巖為載體，在該載體上先后負載二氧化鈦和V205，其中催化劑成分為V205，Ti02為負載V205的載體；該催化劑的制備方法:首先采用溶膠-凝膠法或均勻沉淀法將Ti02負載在火山巖上，然后采用浸漬法將V205負載在Ti02載體上。本發明的優點是:采用多孔的火山巖為載體，原料便宜且具有較大的比表面積，使催化能力增強；而Ti02作為催化劑的載體，能較好地負載V205催化劑，同時Ti02在催化劑的抗煙氣中硫的中毒方面具有明顯優勢，在200°C?450°C溫度范圍內表現出較高的二惡英催化氧化分解能力。
[0009]但目前沒有將火山巖作為二氧化鈦光催化劑負載的相關應用的報導。
【發明內容】
[0010]本發明針對現有技術的不足，提供一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負載的應用。
[0011]本發明技術方案如下:
[0012]一種火山巖作為二氧化鈦光催化劑負載在制備光催化劑中的應用。
[0013]一種火山巖負載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0014](I)清除火山巖表面的雜質，制得火山巖載體；
[0015](2)將Ti (SO4)2與尿素按質量比(0.5?I):1的比例溶于水中，配制成Ti離子濃度為0.08?0.15mol/L的負載溶液；
[0016](3)將步驟⑴制得的火山巖載體浸入步驟(2)制得的負載溶液中，火山巖載體與負載溶液的質量體積比為1: (8?15)，單位g/mL，混合均勻，在溫度為70?90°C的條件下，保溫反應2?4h，反應過程中加入尿素溶液或氨水控制反應體系pH值為5?7，然后經陳化24?48h，過濾、烘干后，在150?250°C保持I?2h，升溫速度2?4°C /min，400°C?550°C焙燒2?3h，升溫速度I?3°C /min，制得火山巖負載的二氧化鈦光催化劑。
[0017]根據本發明優選的，所述步驟⑴中，清除火山巖表面的雜質采用如下步驟:
[0018]先用清水超聲清洗火山巖，然后浸入丙酮中I?3h，再浸入乙醇中I?3h，清水洗滌，即得。
[0019]根據本發明進一步優選的，所述超聲波清洗條件為超聲清洗機頻率為35?45kHz，溫度為 18 ?22°C。
[0020]根據本發明優選的，所述步驟(I)中，清除火山巖表面的雜質后，還包括浸入濃度為0.1?0.3mol/L的NaOH溶液2?4h的步驟。
[0021]根據本發明優選的，所述步驟(3)中加入尿素濃度為0.05?0.3mol/L的尿素溶液。
[0022]根據本發明優選的，所述步驟(3)中，烘干溫度為70°C?80°C。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0024]1、本發明首次采用火山巖作為二氧化鈦光催化劑的載體，不僅載體強度高，在光催化反應中不會破損流失，利于回收利用；而且所用載體火山巖，富含多種金屬元素，如Fe、Ni等，這些元素在合成過程中對1102形成摻雜，能在一定程度上提高負載型光催化劑的性能；此外，載體具有豐富蜂窩孔狀結構，大的比表面積，優異的吸附性能，作為光催化劑的載體能夠提高負載型催化劑的負載牢固度與光催化性能；
[0025]2、本發明所述的制備方法采用尿素作為水解促進物，通過尿素的緩慢分解營造Ti (SO4) 2水解環境，控制水解速度，水解過程緩慢溫和，形成的T1 2晶粒小，負載牢固度高，光催化性能好；
[0026]3、本發明采用火山巖作為載體，原料廉價易得，工藝簡單，易于操作，條件溫和，適合工業化的生產；本發明整個工藝過程不涉及高毒性有機物質，廢水量少，易處理，不會產生二次污染。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明，但本發明所保護范圍不限于此。
[0028]原料來源
[0029]火山巖購自鄭州華益濾料耗材有限公司，粒徑為5?8mm，孔隙率為85%，比表面積 20 ?25m2/g°
[0030]實施例1
[0031]一種火山巖負載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0032](I)將火山巖在22°C，超聲頻率45kHz條件下超聲水洗lh，然后分別用丙酮和乙醇浸泡各lh，過濾后，將火山巖用清水洗滌，80°C烘干，再放入0.3mol/L的NaOH溶液浸泡3h，水洗、80 °C烘干，制得火山巖載體；
[0033](2)將24g Ti (SO4)A 24g尿素溶于100ml水中，配制成負載溶液；
[0034](3)將10g步驟⑴制得的火山巖載體浸于步驟(2)制得的負載溶液中，攪拌混合均勻，加熱到70°C，持續滴加0.lmol/L的尿素水溶液控制反應體系的pH = 5?7，保溫反應2h，陳化24h，過濾，70°C烘干，然后按2°C /min的升溫速度升溫至200 °C，保持Ih，然后按1°C /min的升溫速度升溫至400°C，焙燒3h，即得火山巖負載的二氧化鈦光催化劑；
[0035]將所制得的催化劑降解濃度為9mg/L的RhB，光源為365nm高壓汞燈，火山巖負載的二氧化鈦光催化劑用量為50g/L，2h后RhB的去除率為95.7%。
[0036]實施例2
[0037]一種火山巖負載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0038](I)將火山巖在18°C，超聲頻率35kHz條件下超聲水洗lh，然后分別用丙酮和乙醇浸泡各3h，過濾后，將火山巖用清水洗滌，80°C烘干，再放入0.lmol/L的NaOH溶液浸泡3h，水洗、80 °C烘干，制得火山巖載體；
[0039](2)將24g Ti (SO4)A 48g尿素溶于100ml水中，配制成負載溶液；
[0040](3)將10g步驟(I)制得的火山巖載體浸于步驟(2)制得的負載溶液中，攪拌混合均勻，加熱到90°C，持續滴加0.lmol/L的尿素水溶液控制反應體系的pH = 5?7，保溫反應4h，陳化48h，過濾，80°C烘干，然后按2°C /min的升溫速度升溫至200°C，保持lh，然后按1°C /min的升溫速度升溫至550°C，焙燒3h，即得火山巖負載的二氧化鈦光催化劑；
[0041]將所制得的催化劑降解濃度為9mg/L的RhB，光源為365nm高壓汞燈，火山巖負載的二氧化鈦光催化劑用量為50g/L，2h后RhB的去除率為94.8%。
[0042]實施例3
[0043]一種火山巖負載的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
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