[发明专利]改性二氧化钛/竹炭复合材料及在太阳光下使染料废水脱色的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光降解废水中有机物的一种催化剂，涉及一种及制备方法及采用该材料太阳光降解染料废水的方法。改性二氧化钛/竹炭复合材料在太阳光下能产生羟基自由基并能催化双氧水分解产生许多羟基自由基以降解染料废水，可以以极低的代价处理生活废水及工业有机废水。

背景技术

人类进入工业时代，生产力获得巨大提高，与此同时，由于工业化过程中的处置失当，特别是对自然资源的不合理开发利用，造成了全球性的环境污染和生态破坏，其中尤以水污染对人类生产生活影响最大，地球虽然有“水球”之称，可是淡水资源十分稀少，而能直接被人们生产和生活利用的，更是少得可怜，所以净化保护我们的水资源具有重要意义。近几年兴起的光催化氧化污染物处理技术是一种新型的污染物控制技术，该技术利用一些半导体材料，使用光能作为驱动力，达到降解污染物的目的。

竹炭因为自身质量小、独特的孔隙微结构、比表面积大的特性从而具有强大的吸附能力和一定降解污染物功能，被广泛用于环境净化领域和食品保鲜等领域而深受消费者好评。

中国发明专利——申请号为201010221644.5涉及“铁基Fe₂O₃纳米管在可见光催化降解染料废水中的应用”。该专利将铁基Fe₂O₃纳米管作为电极置于盛有染料废水的光透化学反应容器内，铂片作为对电极，为工作电极施加一个0.4V～0.6V的正偏压，然后使用可见光源进行光催化降解反应。但是用该方法制得的催化剂存在如下几个问题：①、除了利用可见光，降解过程还需要不断提供一定偏压，除需要耗费一定电能及器材外，工艺、操作也更复杂；②、处理废水选则的目标降解物是亚甲基蓝，亚甲基蓝光稳定性十分差，不能很好地说明催化剂光催化性能好，目标降解物最好选择染料废水中含有的许多其它难降解物质如：甲基橙（MB）、硝基苯等；③、复合材料循环使用情况未给出说明，复合材料使用后会出现催化活性下降的情况，未给出解决方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种改性二氧化钛/竹炭复合材料的制备方法及采用该材料利用太阳光廉价降解染料废水的方法，利用此方法降解工业染料废水具有廉价、低能耗，工艺、操作十分简单等优点。

技术方案

一种改性二氧化钛/竹炭复合材料，其特征在于原料成份为：1份钛酸丁酯、0.2～0.3份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.2～0.3份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、0.5份冰乙酸，所述份数为体积份。

一种制备所述的改性二氧化钛/竹炭复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将1份的钛酸丁酯、3～4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0.2～0.3份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.2～0.3份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1～2份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液；

步骤2：将B溶液加入A溶液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶，将溶胶陈化10h左右，得到稀凝胶；

步骤3：将步骤1制备的活化竹炭投入到步骤2制得的稀凝胶中，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声下处理2h使凝胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；所述活化竹炭的加入量以能够被凝胶浸没为准；

步骤4：从步骤3的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在500℃～550℃下焙烧3h得到改性TiO₂/竹炭复合材料。

所述步骤2中B溶液加入A溶液时的滴加速度为1滴/s。

一种在太阳光下利用所述的改性二氧化钛/竹炭复合材料使染料废水脱色的方法，其特征在于：在染料废水中加入30%的双氧水，然后用稀硫酸将体系pH调成酸性；再加入改性二氧化钛/竹炭复合材料，在太阳光下进行处理。

有益效果

本发明提出的一种利用太阳光高效降解染料废水的方法，采用Sol-gel法制备稳定的改性TiO₂溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛。向一定浓度染料废水中加入极少量的双氧水然后将pH调成3-5，将制成的复合材料加入废水中（复合材料加入量约20g/L）在太阳光下就可高效降解染料废水，太阳光处理2h后对目标污染物降解率接近100%。