[发明专利]一种光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，TiO₂粒子的稳定：将TiO₂粉体按固液比1g：10ml分散到的去离子水中，室温搅拌，加入一定量的偏铝酸钠溶液，用0.02g/ml浓度的柠檬酸溶液调节pH值到8，继续搅拌一定时间后高速离心洗涤至中性，干燥得到铝聚合物稳定的TiO₂粉体，记为Al-TiO₂；

第二步，Mn的负载：将固体Al-TiO₂按固液比1g：10ml分散到去离子水中，室温搅拌，加入一定量的锰盐溶液，继续搅拌一定时间后，高速离心洗涤，干燥煅烧得到固体Mn/Al-TiO₂；

第三步，Fe的负载：将固体Mn/Al-TiO₂按固液比1g：10ml分散到去离子水中，室温搅拌后，加入一定量的铁盐溶液，先冰浴下搅拌一定时间，然后升温至一定温度保持一段时间，然后高速离心洗涤，100℃干燥过夜，最后在一定温度下煅烧得到光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂Fe-Mn/Al-TiO₂。

2.根据权利要求1所述的光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，第一步所述TiO₂粉体晶型为锐钛矿，TiO₂与偏铝酸钠质量比1:0.1-0.3，搅拌时间1-12h，离心转速10000-12000rpm。

3.根据权利要求1所述的光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，第二步所述锰盐为醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰中的一种或几种，加入质量是初始TiO₂的0.1-0.3倍，搅拌时间1-4h，离心转速10000-12000rpm，煅烧温度450℃，煅烧时间3h。

4.根据权利要求1所述的光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，第三步所述铁盐为硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的一种或几种，加入质量是初始TiO₂的0.1-0.3倍，冰浴下搅拌1-4h后，60-70℃继续搅拌1-4h，离心转速10000-12000rpm，400-550℃煅烧1-6h。

5.根据权利要求1和2所述光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，第一步TiO₂粒子的稳定中，利用偏铝酸钠在pH＝8下水解产生铝聚合物与TiO₂作用阻止其聚合成团，洗涤至中性、稳定后最终的TiO₂基催化剂粒径不超过1μm。

6.根据权利要求1、2和3所述光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，锰前驱体先以离子形式掺杂到TiO₂晶格中，将吸收拓展到较宽的可见光区域，同时锰的先行掺杂有助于防止后续掺杂铁时较多的铁离子进入到晶格中。

7.根据权利要求1和4所述光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂及其制备方法，其特征在于，铁前驱体的负载分为两步：冰浴浸渍Fe³⁺和60-70℃形成Fe(OH)₃胶体，最终实现铁组分主要以胶体形式在TiO₂表面的分散。

8.根据权利要求1所述光催化和臭氧催化双功能水处理催化剂，其特征在于，Fe-Mn/Al-TiO₂催化剂具备光催化和臭氧催化双功能：仅有光照的情况下，催化剂中Mn/Al-TiO₂部分激发即可产生·OH自由基，仅有臭氧存在情况下，臭氧在催化剂表面Fe氧化物作用下分解形成·OH自由基，而同时光照和臭氧存在下，臭氧捕获了光催化过程中产生的光致电子被活化，生成了更多的·OH自由基，加之光催化本身激发的·OH自由基，两相叠加，对有机物的降解效率大大高于单一光催化和单一臭氧的降解效率，适用于医药、造纸、印染等难降解废水处理领域。