[发明专利]一种改性TiO2/活性炭复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性TiO₂/活性炭复合催化剂，还涉及该改性复合催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着各种工业废液排入水体，水体中重金属的含量越来越高，含有重金属离子的水由于长期停留与积累在环境中，通过食物链逐级富集，将会严重影响人类和其他生物的安全。另外，重金属急性中毒可使人呕吐、乏力、昏迷乃至死亡，慢性症状则是使人的免疫力长期低下，各种肿瘤、慢性病多发。其中Cr(VI)系常见水体重金属污染物，普遍存在于电镀、制革和印染废水中，具有较强的致癌性，最常用的处理Cr(VI)的方法是加一定量还原剂将Cr(VI)转化成Cr(III)，之后在碱性条件下形成Cr(OH)₃沉淀而去除，但这种方法需要消耗大量的还原剂且容易造成二次污染。

半导体光催化法能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，是一种环境友好的处理方法。TiO₂由于其性质稳定、无毒、氧化还原能力强、无二次污染等优点，是目前公认的最佳光催化剂。将TiO₂负载于活性炭表面可以有效解决其在应用中的回收问题，且活性炭在催化过程中与TiO₂能起到协同效应，同时，活性炭具有种类丰富、廉价易得、表面性质可根据实际需要进行改性等优点。

光催化反应的过程主要发生在催化剂表面，因此光催化剂对于水体中污染物的富集能力将直接影响整个光催化反应的效率。对于TiO₂/活性炭复合催化剂而言，污染物首先吸附在活性炭表面，然后由于扩散作用迁移至TiO₂表面进行光催化反应。虽然活性炭具有大的比表面积，可以在一定程度上增强对污染物的富集能力，但由于活性炭呈现黑色，容易对光形成遮蔽作用，所以复合催化剂中活性炭的加入量不易过多，这就限制了其对水中污染物的富集效果，尤其对高浓度的重金属污染水体处理效果不佳，因此通过改性活性炭表面来提高复合催化剂对污染物的富集能力是提高催化剂活性的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对水体中Cr(VI)离子具有高吸附-光催化还 原能力的改性TiO₂/活性炭复合催化剂。

本发明还要解决的技术问题是提供上述对水体中Cr(VI)离子具有高吸附-光催化还原能力的改性TiO₂/活性炭复合催化剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种改性TiO₂/活性炭复合催化剂，其化学结构式为：

上述改性TiO₂/活性炭复合催化剂的制备方法：首先通过溶胶-热液法制备TiO₂/活性炭复合催化剂，将制备好的复合催化剂经硝酸氧化处理，经氧化后的复合活性炭在甲苯溶液中与二氯亚砜进行反应，再将反应后的复合活性炭与四乙烯五胺接枝反应即得到本发明的改性TiO₂/活性炭复合催化剂，本发明改性TiO₂/活性炭复合催化剂的制备方法具体包括如下步骤：

步骤1，通过溶胶-热液法制备TiO₂/活性炭复合催化剂：将12mL钛酸正丁酯和24mL无水乙醇均匀混合，并加入一定量的活性炭，室温下搅拌15min，配置成A混合液；将10mL的1mol/L的HNO₃和12mL无水乙醇均匀混合，标记成B混合液；在不断搅拌条件下，将B混合液逐滴加入A混合液中，形成均匀透明的溶胶；将溶胶转移入反应釜内，将反应釜置于烘箱中，保持一定温度下热液合成反应，反应24h后，取出反应釜自然冷却至室温，对反应釜内容物抽虑分离，弃去虑液，过滤后的固体物质用无水乙醇洗去残留有机物，再用去离子水反复洗涤至中性，80℃条件下干燥24h，研磨得到TiO₂/AC复合催化剂；

步骤2，将步骤1制得的TiO₂/活性炭复合催化剂进行氧化处理，并将处理后的TiO₂/活性炭复合催化剂洗涤、烘干；

步骤3，将步骤2处理后的产物加入到二氯亚砜的甲苯溶液中，加热回流反应一段时间，将反应后的产物洗涤、烘干；

步骤4，将经过步骤3反应后的TiO₂/活性炭复合催化剂与四乙烯五胺按所需质量比在无水乙醇中进行反应，将反应后的产物洗涤、烘干即可得到改性的TiO₂/活性炭复合催化剂。