[发明专利]一种TiO2膨润土复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型光催化氧化催化剂，该催化剂对偶氮染料具有良好的处理效果，并能分解部分无机污染物和灭活致病微生物。

背景技术

在已发现的环境污染物中，偶氮染料作为其中主要组成部分，已引起广泛关注。偶氮染料被大量应用于印染工业，某些偶氮染料通过日用品与人体接触，在特定情况下，将被还原为芳香胺化合物，此类化合物被人体吸收后，将诱导人体DNA发生异变，最终导致细胞癌变。因此，在针对印染废水的处理技术中，不仅应考虑无色化，无毒化也应列入重点考虑范围。

二氧化钛（TiO₂）作为一种理想催化剂，自1940年被初次发现具有光催化效果以来，研究者对其进行了深入研究，发现其具有化学性能稳定、取材方便、对身体无毒无害等特点。在光照情况下，TiO₂晶体表面产生电子-空穴对，继而产生高还原性的活性氧类（ROS），如羟自由基、氧自由基等，该类化合物与偶氮染料分子结构中的氮氮双键发生反应，将偶氮染料分解为无毒的小分子化学物质。但是，TiO₂具有比表面积小、表面吸附速率低等缺点，使用受到限制。因此，近年来，各类催化剂载体相继被应用于负载TiO₂进行光催化研究，其中利用膨润土作为载体负载TiO₂进行光催化具有很好的效果。膨润土（Bentonite）是一种主要成分为蒙脱土的非金属矿物，由于独特的化学结构，膨润土具有良好的力学性质、高热学稳定性、耐酸碱、比表面积大等特点，常被应用于制作吸附剂、吸收剂、催化剂、粘合剂、催化剂载体和食品添加剂等。

研究者将TiO₂负载于膨润土表面，然后进行染料废水降解，发现负载有TiO₂的膨润土对甲基橙的去除效率达到90%，但是在实际应用中，吸附剂却难于回收，通过普通固液分离方法仅能回收20%，造成了严重的资源浪费和二次污染。

四氧化三铁是一种磁性的黑色晶体，化学式为Fe₃O₄，别名氧化铁黑、磁铁、吸铁石，因其拥有良好的磁性特征，常被应用材料改性，增强材料回收性能，目前有研究将Fe₃O₄负载于凹土中，用于处理2-4二氯苯酚，研究表明该吸附剂在五次重复利用后质量流失率仅为7.53%；也有用溶液共聚合法合成Fe₃O₄-膨润土 PSA磁性纳米复合材料，其在去除Th(IV)的过程中显示出良好的效果。但是，目前尚未有将Fe₃O₄负载于TiO₂-膨润土的报道。 

发明内容

基于上述原因，本发明以膨润土为催化剂载体，TiO₂作为催化单元，同时负载Fe₃O₄，以增强回收性能，并以甲基蓝作为目标物分析了该催化剂的分解效率。

本发明的一个目的在于提供一种新型TiO₂膨润土复合材料，包括的组分的质量百分比为：膨润土50~60%，Fe₃O₄ 25~35%，TiO₂ 15~25%，是在TiO₂膨润土上负载有Fe₃O₄。

本发明的另一目的在于提供一种新型TiO₂膨润土复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）、筛选出膨润土粉末，将筛得的膨润土粉末溶解于蒸馏水中制成4.5~5.5wt%的悬浊液，静置陈化、搅拌至膨润土均匀分散于溶液中，离心分离膨润土粉末，干燥，备用；

（2）、在65~75℃、氮气气氛下，将步骤（1）制备的膨润土粉末加入由FeCl₃·6H₂O和FeSO₄·7H₂O与蒸馏水混合配制的水溶液中，调节pH至11~12，持续搅拌1~2h后，将混合液在70~80℃条件下陈化，使用双蒸馏水将颗粒洗至pH呈中性，干燥，获得Fe₃O₄-膨润土晶体；