[发明专利]F、S、Zr、Al共掺杂TiO2

说明书

本发明涉及模拟及自然太阳光下条件照射下光催化降解丙烯腈实际废水COD满足国家排放标准的F、S、Zr、Al共掺杂改性二氧化钛复合氧化物催化剂的其制备方法。本发明首先提供了优化溶胶凝胶法F掺杂的TiOsubgt;2/subgt;催化剂制备方法基础上，即利用五水硝酸锆和硫脲作为前驱体进行S、Zr、Al共掺杂。F、S、Zr、Al共掺杂改性后的TiOsubgt;2/subgt;催化剂协同作用优势明显，催化剂的光响应范围拓宽，样品表面的酸性位点强度大，硅胶的加入所形成凸凹不平的表观形貌和孔结构造成的光散射，有利于光吸收，这对光催化活性的提高起了重要的作用，其中，Zr、Al的添加使得整个催化剂体系稳定性明显提高。最适宜的Ti、F、S、Zr、Al的比例为1∶0.5‑5％∶1‑10％∶0.1‑2％，适宜的煅烧温度和煅烧时间分别为350‑500℃和1‑3h。该催化剂重复4次，COD仍可从约89降至42mg/L以下。

技术领域

本发明涉及一种丙烯腈实际废水光催化降解用复合氧化物催化剂，具体的说，涉及水相中光催化降解丙烯腈工业废水，用硅胶分散氟、硫、锆、铝共掺改性的二氧化钛的光催化剂及其制备方法，属于环保技术领域。

背景技术

丙烯腈(acrylonitrile，CH₂＝CH-CN，简称AN)丙烯腈是生产丙烯酸纤维，丁腈橡胶，丙烯酰胺，丙烯腈-丁二烯苯乙烯的重要原料(ABS)树脂。全球丙烯腈生产能力每年超过500万吨。中国和美国是世界上最大的两个丙烯腈生产国。不幸的是，目前的丙烯腈生产工艺在生产一吨丙烯腈时产生至少一吨废水。更严重的是，丙烯腈生产废水由大量高毒性化合物组成，丙烯腈废水不仅破坏了水生态系统，而且对人体健康也有很大的危害。然而，由于市场上对丙烯腈的巨大需求，丙烯腈的应用在短时间内是不可避免的，并且迫切需要有效处理丙烯腈废水的计划。目前，丙烯腈的处理主要包括吸附，焚烧，回收，活性污泥等。上述方法不仅成本高，而且去除不足，工作条件苛刻，难以有效控制丙烯腈废水的污染。在丙烯腈废水中处理最困难的污染物是聚合物。它主要来自低分子聚合物或腈类物质的共聚物。这些聚合物通常以胶体或溶解形式存在于水中，难以水解并被微生物使用，并且不能实际除去。丙烯腈废水通常被认为是最难处理的有机废水。

光催化剂氧化是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成电子空穴对，对吸附于表面的污染物直接进行氧化还原，生成强氧化性的氢氧自由基，将污染物氧化。由于其丰富的资源和低碳的生产，太阳能是最好的替代能源之一。目前，对太阳能利用系统的研究和开发已经取得了很大的进展，研究最多的半导体催化材料是TiO₂，在300nm到390nm的紫外光范围内，TiO₂的光催化活性很高，且在多次的循环使用后仍然能保持很高的光催化活性，TiO₂可以把目标污染物彻底矿化为水与二氧化碳，不会对环境造成二次污染，此外，TiO₂在化学、热力学、机械学性能等方面具有很大的稳定性，故其在环境净化领域中得到广泛的应用。