[发明专利]新型废水处理剂—ZnFe2O4/TiO2复合物的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料、光催化材料和废水处理技术领域，具体是指一种可磁分离的废水处理剂—ZnFe₂O₄/TiO₂复合物的制备和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，环境污染问题越来越成为社会关注的焦点，其中，染料废水(主要源于染料生产、印染和印刷等行业)对水域环境的污染尤为突出。通过开发吸附和光催化降解有机物(染料)的产品，是解决此类污染问题最行之有效的办法。然而，研发出效率高、能耗低、稳定性好、操作简单、易回收再利用的光催化剂是一项难度大且具有挑战性的工作。

纳米结构的半导体，尤其是锐钛矿相的TiO₂，具有非常好的光催化效果，被广泛应用于染料[1,2]和其它有机污染物的降解，是目前最有应用前景的催化材料之一^[3]，同时TiO₂还具有无毒、稳定性高、成本低等特性。然而，TiO₂在光催化降解过程中存在两个困扰工程界而又无法回避的问题，一是TiO₂易受到光的腐蚀，由于其禁带能级较高，对可见光的吸收较弱，只有在紫外光下才能产生光生电子及其空穴；二是如何有效地分离和回收的TiO₂纳米颗粒。近年来，由多种纳米涂层材料组成的具有核-壳结构的复合物，通常可用做光催化剂，它们能扩展其光响应范围，延缓光生电子和光生电子空穴的复合，获得较好的光催化效果；此外，磁分离技术的应用已经渗透到许多工业领域，它具有省时、安全、高效和方便等优点。铁氧体具有磁性强，易于分离和回收，但因其存在密度较大、吸附容量小等缺点，在环境领域的应用受到了限制。因此，如果将铁氧体做成空心球，并将其与纳米级TiO₂复合，开发可磁分离的磁性TiO₂废水处理剂对扩大TiO₂的光响应范围、提高处理剂的光催化效率和重复使用效率、促进实用化推广具有非常重要的意义。尤其是水污染越来越严重的今天，这类价格低廉、性能可靠、分离和回收方便的废水处理剂，必将具有良好的应用前景。

发明内容

本发明旨在于提供一种可用磁分离技术进行分离回收的废水处理剂——ZnFe₂O₄/TiO₂复合物的制备方法及其应用技术。检索国内外专利和文献，均未发现与本发明相同的废水处理剂的制备及应用的相关报道。

本发明采用以下技术方案：

(1)将一定量的葡萄糖溶于适量蒸馏水中，超声数分钟，搅拌至无色透明，然后转移到50mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，恒温反应数小时，冷却至室温，离心分离，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤至滤液为无色，60℃真空干燥至恒重，即得棕黑色的碳微球。

(2)按物质的量比2:1称取一定量的铁盐和锌盐，溶于一定体积的乙醇-水溶液(醇、水体积比为n)，强力搅拌至溶液透明；向上述溶液中加入一定量的尿素和自制的碳微球，超声数分钟。恒温回流数十小时，冷至室温；然后，向上述混合溶液中缓慢滴加0.1mol/LNaOH调节溶液pH至适宜值，搅拌2～3h，陈化数小时；离心分离，用蒸馏水、乙醇交替洗涤数次至洗出液pH呈中性，60℃真空干燥至恒重，得到磁性的棕黑色固体；高温煅烧棕黑色固体数小时，得到目标产物空心ZnFe₂O₄粉末。

(3)将一定量的空心ZnFe₂O₄分散到由十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、环己烷和戊醇组成的微乳液体系中，然后转至250mL三颈烧瓶中，再加入若干蒸馏水，超声数分钟，用2mol/L盐酸调节溶液pH值至一定值，搅拌均匀得混合溶液A；按TiO₂与ZnFe₂O₄的质量比q称取一定质量的Ti(OBu)₄，溶于一定体积的醇水溶液(醇、水体积比与步骤2中相同)中得溶液B；将溶液B缓慢滴加至混合溶液A中，搅拌数小时，通过磁铁分离、乙醇洗涤得固相产物，60℃真空干燥至恒重；高温烧结固相物数小时，即得TiO₂质量分数不同的ZnFe₂O₄/TiO₂复合物。

本发明中，步骤(1)碳微球的尺寸为1～3微米；