[发明专利]一种含锂废水处理光催化材料及制备和应用方法

权利要求书

1.一种含锂废水处理光催化材料，其特征在于光催化材料具有核壳结构，内核是轻质玻璃载体材料，外壳是纳米SiO₂、TiO₂、Sb₂O₅ 、P₂O₅、Ag₂O 、Li₂O热化学反应形成复盐的酸洗产物；光催化材料同时具有锂离子选择吸附功能；光催化材料的质量组成为： TiO₂ 20%-30%， Sb₂O₅ 10%-15%，P₂O₅ 2%-5%， Ag₂O 1%-3%，Li₂O 0.3%-0.9%， SiO₂ 15%-30%，轻质玻璃载体材料40%-50%；比重为750-950kg/m³，比表面积为5-50m²/g，对模拟油田含锂废水的COD去除率为82%-92%，锂回收率为80%-90%，锂吸附容量为2-5mg/g；由涂覆在轻质玻璃载体材料表面的光催化材料前驱体水溶胶形成凝胶膜，然后在500-700℃下烧结，进一步用硫酸水溶液浸渍脱锂形成；所述轻质玻璃载体材料是比重小于500kg/m³的玻璃纤维制品、泡沫玻璃制品或中空玻璃微球之一。

2.一种含锂废水处理光催化材料的制备方法，其特征在于包括纳米TiO₂-Sb₂O₃水溶胶制备、纳米SiO₂-Ag₂O水溶胶制备、轻质玻璃载体材料镀膜预处理、光催化材料锂盐前驱体制备和光催化材料制备5个部分，具体步骤为：

（1）将硫酸氧钛和三氯化锑溶于去离子水中，用氨水将其中和到pH=9-11，形成氢氧化钛和氢氧化锑的白色共沉淀，控制原料投料摩尔比为Ti：Sb = 1：0.2-1；过滤分离沉淀物，用去离子水洗涤除去硫酸根和氯离子；将沉淀物分散在草酸水溶液中，控制投料摩尔比为：（Ti+Sb）：草酸=1：1-2.5，在60-80℃下加热胶溶0.5-2 h，用去离子水稀释后得到固体质量分数为3%-10%的纳米TiO₂-Sb₂O₃水溶胶；

（2）将正硅酸乙酯和有机硅偶联剂搅拌分散在含有磷酸和硝酸银的乙醇水溶液中，控制投料摩尔比为正硅酸乙酯：偶联剂：乙醇：水：磷酸：硝酸银=1：0.05-0.2： 20-50：20-50：0.1-0.3：0.05-0.1，在室温下进行水解反应24-48h，得到固体质量分数为3%-10%的纳米SiO₂-Ag₂O水溶胶，R是碳数为3-8的烷氧基、烷基、环氧烃基、氨基烃基或其混合物之一；所述有机硅偶联剂是甲基三乙氧基硅烷、偶联剂KH550、偶联剂KH560、偶联剂KH570、KH832或其混合物之一；

（3）将轻质玻璃载体材料在固体质量分数为3%-10%的多聚硅酸锂水溶液中浸渍，使其表面涂覆厚度0.5-5μ的硅酸锂水溶胶膜，在120-160℃下烘干，轻质玻璃载体材料表面形成硅酸锂干膜层，增大对光催化材料活性组分的附着力，也为光催化材料制备提供锂源；所述多聚硅酸锂是化学组成为Li₂O·mSiO₂，m=2-7的多聚硅酸锂水溶胶；

（4）将纳米TiO₂-Sb₂O₃水溶胶、纳米SiO₂-Ag₂O水溶胶和硅酸锂水溶胶混合，控制投料摩尔比为：（Ti+Sb）：Si：Li = 1：1-2：2-3，用去离子水稀释形成固体质量分数为3%-10%的混合水溶胶；将混合水溶胶喷洒涂覆在预处理后的轻质玻璃载体材料上，使混合水溶胶涂覆均匀，在105-150℃下烘干，然后放入500-700℃的高温炉中烧结0.5-3 h，冷却后形成光催化材料锂盐前驱体；

（5）将光催化材料锂盐前驱体浸渍在摩尔浓度0.25-0.5mol/L的硫酸水溶液中2-4h，控制投料摩尔比Li：H₂SO₄=1：0.5-1，固体分离后用去离子水洗涤，在105-120℃下干燥，得到光催化材料，TiO₂ 20%-30%， Sb₂O₅ 10%-15%，P₂O₅ 2%-5%， Ag₂O 1%-3%，Li₂O 0.3%-0.9%， SiO₂15%-30%，轻质玻璃载体材料40%-50%，对模拟油田含锂废水的COD去除率为82%-92%，锂回收率为80%-90%，锂吸附容量为2-5mg/g。

3.一种含锂废水处理光催化材料的应用方法，其特征在于以模拟油田含锂废水为处理标的和锂资源利用标的，光催化材料在室内自然光照射下、光催化材料在强光照射下和再生光催化材料在强光照射下分别测定其COD去除率和锂离子回收率，以优化选择应用条件，具体步骤为：

（1）向一个直径300mm，高1000mm的圆柱形废水空气曝气处理试验装置中，加入模拟油田含锂废水10L，按照模拟含锂油田废水体积3-10g/L的比例加入光催化材料，在室内自然光下，以0.5-1m³/h的流量通入压缩空气，对模拟含锂油田废水进行曝气处理10 h，取样测定处理前后模拟油田含锂废水中的COD和锂含量变化，COD去除率为46%-60%，锂回收率为80%-85%；所述模拟油田含锂废水是正辛烷、十二烷基苯磺酸钠和氯化锂的水溶液，COD为800-1200mg/L，锂含量为20-30mg/L；

（2）从试验装置圆柱形水池的底部排出其中的处理过的模拟含锂油田废水，重新加入模拟油田含锂废水10L，按照模拟含锂油田废水体积3-10g/L的比例加入光催化材料，打开位于水面顶部1米处的100W节能灯，以1000W/m²的光强度照射漂浮在模拟含锂油田废水表面的光催化材料，以0.5-1m³/h的流量通入压缩空气对模拟油田含锂废水进行曝气处理10h，取样测定处理前后模拟含锂油田废水中COD和锂离子含量的变化；COD去除率为82%-92%，锂回收率为80%-90%；

（3）将分离出的光催化材料浸渍在摩尔浓度0.25-0.5mol/L的硫酸水溶液中2-4 h，控制投料摩尔比Li：H₂SO₄=1：1-2.5，使锂离子脱附形成可溶性的硫酸锂，测得光催化材料的锂离子吸附容量为2-5mg/g；分别用过氧化氢水溶液和去离子水洗涤光催化材料表面的有机物后循环使用，再生光催化材料的COD去除率为82%-92%，锂回收率为80%-90% 。