一种复合光催化剂材料及其制备方法与流程

本发明属于光催化技术领域，尤其是一种复合光催化剂材料及其制备方法。

背景技术：

随着近代工业的迅猛发展，带来经济效益的同时，环境污染也日益严重。尤其是印染废水污染问题也日趋严重。据国家环保部统计，中国纺织业每年排放约25亿吨废水，其中印染废水占排放总量的80％。印染废水中染料结构复杂，大多数以芳烃和杂环为母体，带有各类显色基团(—n＝n—、—n＝o)和极性基团(—so3na、—oh、—nh2)，化学稳定性强，具有“三致”作用，是典型的难降解有机污染物。此外，染料能吸收光线，降低水体的透明度和自净能力，影响水生生物，印染废水对人体健康也带来了巨大威胁。因此印染废水的处理受到了大家的广泛关注。

印染废水色度高，难降解有机物较多，某些有机物还具有致癌、致畸作用，需要针对废水性质选择对应的处理方法，常规的处理方法在一定程度可改善水质，但是随着环保行业水质排放标准的提高，废水处理难度加大，印染行业用水和排水问题日益突出。当前，印染废水二级处理出水水质仍不能达到排放及回用标准的要求，主要问题是二级处理出水中残留的codcr都是难生化降解有机物；而一般的混凝沉淀、吸附、气浮等方法也难以将色度完全去除。目前，印染废水的深度处理技术主要有物理化学法，生物法，高级氧化法等。

随着难降解废水处理难度不断加大，高级氧化技术也随之不断发展起来，以·oh为主要氧化剂的高级氧化技术得到大规模应用。特别是对难降解有机废水的处置上，高级氧化技术凭借其所具有的独特的优势对难降解有机废水降解会有一个较好的处理效果。就目前所使用的技术而言，所用的高级氧化技术主要有：光催化氧化法、电fenton氧化法、电化学氧化法以及光催化臭氧氧化法等。

近年来，臭氧催化氧化技术由于高效的处理效果不断被大家关注，但是臭氧催化剂的制备是该方法的关键之处。臭氧催化剂的制备方法主要有沉淀法，溶胶凝胶法，浸渍法，混合法等，但是随着此方法的不断应用，各种方法制备出的催化剂缺点也不断显现，最明显的缺点就是催化剂不够稳定，催化效率不高等，在此基础上复合催化剂受到了大家的广泛关注，并在此基础上加上光照，来提高催化剂的催化效果。与传统氧化法相比，其降解效率得到一定提升，且对有机物降解效率明显。但该技术，又暴露出来新的问题，体现在如下几方面：

1、制备出的催化剂呈粉末状，不易回收；

2、制备出的催化剂稳定性差，容易掉粉；

3、制备的光催化剂只能应用紫外光来激发反应，不能充分应用太阳光，进一步增加了处理成本。

因此，目前亟需一种环保相关催化剂材料。

通过检索，尚未发现与本发明相关的专利公开文献。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种复合光催化剂材料及其制备方法，该催化剂材料一方面呈球状，利于回收，另一方面此光催化剂不仅在紫外光下有效，而且光谱范围可以拓宽到可见光，复合组分的催化剂进一步提升其在反应器内对有机物的催化降解效果，在难降解有机物的降解方面取得更高的效率，并且进一步降低废水处理成本。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种复合光催化剂材料，其组成成分及重量份数为：

复合催化组分5-10份；

载体20-35份；

粘合剂50-60份；

其中，所述复合催化组分的组成成分及重量份数为：

光催化组分1-5份，过渡金属催化组分10-20份。

而且，所述载体为陶粒土、活性炭、氧化铝、蛭石中的一种或几种的混合物。

而且，所述光催化组分为tio2、ceo2、co3o4、v2o5中的一种或几种的混合物；所述过渡金属催化组分为fe2o3、mno2、al2o3、cuo中的一种或几种的混合物。

而且，所述复合光催化剂材料为直径为3-5mm的球型颗粒。

一种如上所述的复合光催化剂材料的制备方法，步骤如下：

所述复合光催化剂材料经均匀混合、造粒、焙烧，水热反应而制得，焙烧温度600-1000℃，焙烧时间2-5h，水热反应温度为100-180℃，反应时间为24-48h。

而且，具体步骤如下：

按照比例称取复合催化组分中的过渡金属催化组分、载体和粘合剂，充分搅拌至完全混合均匀，加入水后利用造粒机造粒成均匀的3-5mm的球体，将材料置于高温管式炉内，在流动的氮气气氛的保护下，高温焙烧2-5h，同时完全除去水分，即得复合光催化剂前驱体；

然后将光催化组分的硝酸盐与浓度为3-6m的氢氧化钠溶液混合，混合后硝酸盐的浓度为2-4m，然后将其放入聚四氟乙烯反应釜中，再将复合光催化剂前驱体放入反应釜中，于烘箱100-180℃下加热24-48h，使生成的纳米氧化物附着在复合光催化剂前驱体上，然后依次用水和乙醇将过量的硝酸盐和氢氧化钠清洗干净，并在150℃下干燥过夜，即得复合光催化剂材料。

而且，所述光催化组分的硝酸盐为硝酸钛、硝酸铈、硝酸钴和硝酸钒中的一种或几种。

本发明取得的优点和积极效果是：

1、本复合光催化剂成品呈球形颗粒，使用方便，并且克服了原有催化剂不易回收的缺点，提高了对难降解有机物的降解效率。

2、本复合光催化剂由于加入稀土元素，提升了催化剂材料机械强度和使用寿命，使得在反应中催化剂不易掉粉。

3、本复合光催化剂比表面积大，与反应底物接触的活性位点多，反应效率大大提升。

4、本发明复合光催化剂，过渡金属活性组分作为本催化材料的主要催化组分，催化活性较强；载体的加入为活性组分的分布提供了支撑点，有利于组分均匀分布；粘合剂组分作为本复合光催化剂的粘连材料将各个组分紧密结合在一起，增强催化剂的机械强度；水热反应将纳米氧化铈负载到催化剂前驱体上，不仅可以将光谱范围拓展到可见光范围，而且可以延长催化剂寿命。

5、本复合光催化剂的制备克服了原有催化剂不易回收的缺点，过渡金属的复合又极大提高了其催化效果，采用水热反应将制备的纳米氧化铈负载到催化剂前驱体上，既可以提高其稳定性，延长催化剂的使用寿命，又可以将光谱范围拓展到可见光区，极大地提高了对难降解有机物的降解效率。

附图说明

图1为本发明复合光催化材料的制备方法的一种工艺流程图。

具体实施方式

下面结合通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种复合光催化剂材料，所述复合催化剂材料是由复合催化组分、载体和粘合剂组分按照质量比10:30:60的比例，经均匀混合、造粒、焙烧，水热反应而制得，焙烧温度800℃，焙烧时间2h，水热反应温度为100℃，反应时间为24h；

其中，所述复合催化组分包括光催化组分和过渡金属催化组分，所述光催化组分和过渡金属催化组分的质量比为1：10。

较优地，所述载体为陶粒土、活性炭、蛭石、氧化铝中的一种或几种的混合物。

较优地，所述光催化组分为tio2、sno2、co3o4、v2o5中的一种或几种的混合物；所述过渡金属催化组分为fe2o3、mno2、al2o3、cuo中的一种或几种的混合物。

上述复合光催化剂材料的制备步骤如下：

按照比例称取复合催化组分中的过渡金属氧化物、载体及粘合剂组分，充分搅拌至完全混合均匀，加入水后利用造粒机造粒成均匀的3-5mm的球体，将材料置于高温管式炉内，在流动的氮气气氛的保护下，高温焙烧2h，同时完全除去水分，即得复合光催化剂前驱体。然后将光催化组分的硝酸盐与浓度为3m的氢氧化钠溶液混合，混合后硝酸盐的浓度为2m，然后将其放入聚四氟乙烯反应釜中，再将催化剂前驱体放入反应釜中，于烘箱100℃下加热24h，然后依次用水和乙醇洗涤，并在150℃下干燥过夜，即得复合光催化剂材料。

实施例2

一种复合光催化剂材料，所述复合催化剂材料是由复合催化组分、载体和粘合剂组分按照质量比8:32:60的比例，经均匀混合、造粒、焙烧，水热反应而制得，焙烧温度700℃，焙烧时间3h，水热反应温度为100℃，反应时间为48h；

其中，所述复合催化组分包括光催化组分和过渡金属催化组分，所述光催化组分和过渡金属催化组分的质量比为2：10。

较优地，所述载体为陶粒土、活性炭、蛭石、氧化铝中的一种或几种的混合物。

较优地，所述光催化组分为tio2、sno2、co3o4、v2o5中的一种或几种的混合物；所述过渡金属催化组分为fe2o3、mno2、al2o3、cuo中的一种或几种的混合物。

上述复合光催化剂材料的制备步骤如下：

按照比例称取复合催化组分中的过渡金属氧化物、载体及粘合剂组分，充分搅拌至完全混合均匀，加入水后利用造粒机造粒成均匀的3-5mm的球体，将材料置于高温管式炉内，在流动的氮气气氛的保护下，高温焙烧3h，同时完全除去水分，即得复合光催化剂前驱体。然后将光催化组分的硝酸盐与浓度为5m的氢氧化钠溶液混合，混合后硝酸盐的浓度为3m，然后将其放入聚四氟乙烯反应釜中，再将催化剂前驱体放入反应釜中，于烘箱100℃下加热48h，然后依次用水和乙醇洗涤，并在150℃下干燥过夜，即得复合光催化剂材料。

实施例3

一种复合光催化剂材料，所述复合催化剂材料是由复合催化组分、载体和粘合剂组分按照质量比10:35:55的比例，经均匀混合、造粒、焙烧，水热反应而制得，焙烧温度900℃，焙烧时间2h，水热反应温度为180℃，反应时间为24h；

其中，所述复合催化组分包括光催化组分和过渡金属催化组分，所述光催化组分和过渡金属催化组分的质量比为2：15。

较优地，所述载体为陶粒土、活性炭、蛭石、氧化铝中的一种或几种的混合物。

较优地，所述光催化组分为tio2、sno2、co3o4、v2o5中的一种或几种的混合物；所述过渡金属催化组分为fe2o3、mno2、al2o3、cuo中的一种或几种的混合物。

上述复合光催化剂材料的制备步骤如下：

按照比例称取复合催化组分中的过渡金属氧化物、载体及粘合剂组分，充分搅拌至完全混合均匀，加入水后利用造粒机造粒成均匀的3-5mm的球体，将材料置于高温管式炉内，在流动的氮气气氛的保护下，高温焙烧2h，同时完全除去水分，即得复合光催化剂前驱体。然后将光催化组分的硝酸盐与浓度为6m的氢氧化钠溶液混合，混合后硝酸盐的浓度为4m，然后将其放入聚四氟乙烯反应釜中，再将催化剂前驱体放入反应釜中，于烘箱180℃下加热24h，然后依次用水和乙醇洗涤，并在150℃下干燥过夜，即得复合光催化剂材料。

其中，所述光催化组分的硝酸盐为硝酸钛、硝酸铈、硝酸钴和硝酸钒中的一种或几种。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。