[发明专利]一种利用钛鞣废水制备TiO2光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以废治废，利用电解制革鞣制中的钛鞣废水制备高活性纯锐钛矿型TiO₂的方法。

背景技术

制革鞣制过程是制革工业中最主要的过程之一，全球90％以上制革生产都要进行鞣制过程，世界年均铬鞣剂需求量达40万t，造成了皮革废水中铬污染。目前部分鞋面、服装、沙发和皮件所需的轻革生产中已部分采用锆、钛鞣制或多金属结合鞣制，其中钛鞣剂因综合性能仅次于铬鞣剂，使其产品数量呈逐年增长趋势。但是，使用新的钛鞣废水虽然使鞣制废水中的铬浓度及单位产品铬消耗量大幅度降低，但又带来新的钛离子污染，尤其是大部分鞣制废水为强酸性，使钛以自由离子或钛的配合物形式存在，对废水生化系统中的微生物具有潜在毒性，急需将其回收利用。

TiO₂作为一种性能稳定、价格低廉、催化活性高(与金红石比较)的优良光催化剂，已在降解染料废水、农药废水、表面活性剂、卤代废水、无机废水等方面显示出了极佳的潜力，国际上已经将TiO₂商品化，应用于陶瓷净化、涂料、杀菌等方面。市面上作为光催化剂使用的TiO₂主要涉及两种晶型：锐钛矿型和金红石型，锐钛矿型TiO₂的催化性能远远高于金红石型。

目前锐钛矿型TiO₂比较成熟的制备方法主要为：溶胶凝胶法和沉积法，但都存在反应时间长，晶形难于控制等缺点。其中溶胶凝胶法主要用于制备TiO₂粉末，而沉积法主要用于制备TiO₂薄膜。粉末型TiO₂具有较大的比表面积，在光催化过程中具有较高的活性，同时，钛鞣废水自身含有大量的钛鞣剂，其主要成分为硫酸氧钛复盐，在水中极易水解成为钛的羟基配合物，后者在电解过 程中可形成氧化钛。

本发明结合电化学法和粉末型TiO₂的优点，依据以废治废的思想，以制革过程中钛鞣废水的成分为基础，发明一种电解制备锐钛矿型TiO₂的方法，并将制备得到的催化剂用于光催化降解染料废水得到较好的结果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用钛鞣废水制备TiO₂光催化剂的方法，同时利用制革过程中产生的白湿皮钛鞣或复鞣废水，制备锐钛矿型TiO₂光催化剂的同时，可利用其降解皮革染料废水，实现循环经济。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种利用钛鞣废水制备TiO₂光催化剂的方法，所述制备步骤如下：

((1)选取贵金属金片或铂片为阳极，等面积无涂层的301不锈钢片或铝片作为阴极；

(2)依次用洗衣粉、丙酮及乙醇对阳极除油，并用丙酮、无水乙醇和去离子水分别超声15分钟，干燥，备用；

(3)用4^#金相砂纸对阴极极板进行打磨，依次用洗衣粉、丙酮、无水乙醇洗涤阴极极板除油，再放入盐酸和乙醇体积比为1∶1的混合溶液中腐蚀1～5分钟，用丙酮、无水乙醇和去离子水分别超声15分钟，干燥，备用；

(4)将步骤(2)所得的阳极板和步骤(3)所得的阴极板放置在已有白湿皮钛鞣废水，或复鞣废水作为电解液的无隔膜的电解槽中，两极相距40mm，控制电压4～12V，电解槽温度控制在20～30℃，电解时间为10～30min，得白色沉淀；

(5)将步骤(4)所得的白色沉淀进行离心分离，用去离子水反复洗涤3～5次后烘干，用玛瑙研钵研磨后，置于坩埚中，在马氟炉中煅烧，得淡黄色的粉末。

所述电解液的主要成分为：单宁：1～5％，甲酸：0.1～2％，钛鞣剂：10～60％，硝 酸钾：1～6％，丙烯酸：0.1～2％，双氰胺：1～5％，加脂剂：0.1～1％。

所述钛鞣废水的pH值为2.5～3.8。

所述钛鞣废水的钛浓度为0.5～250mg／L。

所述钛鞣废水需经过0.01mm以下筛网过滤以处理去除其中的悬浮性颗粒物。

所述步骤(5)中煅烧时间：30min～4h，煅烧温度为：200～450℃，所述马氟炉为厢式马氟炉。

本发明的有益效果在于利用钛鞣废水设计制备的TiO₂为纯锐钛矿型光催化剂具有光热稳定性好，活性高，对难降解的染料废水有良好的降解效果。

附图说明

图1是溶胶凝胶法制备的纯锐钛矿型TiO₂与本发明的二氧化钛光催化剂的XRD比较图。