申请日2015.11.04
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号B01J23/745; C02F1/30; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂及其制备方法，制备方法包括步骤：(1)制备磁核，(2)制备SiO2中间层和(3)负载TiO2层;磁性二氧化钛光催化剂包括磁核，磁核包裹有中间层SiO2，中间层SiO2外还负载有TiO2层;本发明制备的催化剂能快速、高效的降解废水中双酚A，负载的TiO2主要为催化活性最高的锐钛矿型;利用外加磁场能实现催化剂的多次有效回收，并保持较高的催化降解能力。
权利要求书
1.一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂的制备 方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备磁核：将Fe2(SO4)3和FeSO4·7H2O分别溶于同体积的去离 子水中，配制成浓度均为0.15mol/L的水溶液后混合，向上述混合溶液中 加入乙醇，在80℃水浴，以及氮气保护下搅拌，加入氢氧化钠溶液将pH 值调至11～13，搅拌1h后，在60℃下陈化3h，得到磁核Fe3O4，用磁铁分 离产物，并用去离子水洗涤3次;
(2)制备SiO2中间层：将步骤(1)制得的磁核Fe3O4样品置于100mL 去离子水中，加入30ml0.1mol/L的分散剂，在50℃水浴下，先搅拌起到分 散作用，然后继续搅拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和10mL浓氨水，搅 拌3h后，用乙醇洗涤3次，80℃下彻底干燥后，在温度为400℃下煅烧1h; 再将温度调至600℃煅烧2h，得到SiO2/γ-Fe2O3;
(3)负载TiO2层：将步骤(2)所得SiO2/γ-Fe2O3样品置于52ml钛 酸四丁酯和150～180ml乙醇中，超声分散10min后，在40℃水浴中搅拌， 滴加体积浓度依次为6%～24%、1%～4%、72%～93%的去离子水、硝酸 和乙醇的混合溶液，待水解形成溶胶时，停止搅拌;陈化1h后，经80℃彻 底干燥，得到凝胶，然后在460℃～500℃下，煅烧1～2h，最终研磨得磁载 光催化剂TiO2/SiO2/γ-Fe2O3。
2.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中使用搅拌桨以 1000rad/min的速度搅拌。
3.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中先以200rad/min的 速度搅拌起到分散作用，然后以1000rad/min的速度搅拌。
4.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中在40℃水浴中，以 1000rad/min的速度搅拌，以120滴/min的速度滴加体积浓度依次为6% ～24%、1%～4%、72%～93%的去离子水、硝酸和乙醇的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中分散剂为十二烷基 硫酸钠溶液。
6.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中滴加的正硅酸乙酯 的量为Fe元素摩尔数的1.0倍。
7.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中钛酸四丁酯的量为 Fe元素摩尔数的2.0倍。
8.根据权利要求1所述的快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化 钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所得的凝胶，按照 5℃/min升温到460℃～500℃。
9.一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂，其特 征在于：包括磁核Fe3O4，磁核Fe3O4包裹有中间层SiO2，中间层SiO2外还 负载有TiO2层。
说明书
一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于催化工程领域，特别涉及一种快速降解废水中双酚A的可 回收磁性二氧化钛光催化剂及其制备方法。
背景技术
双酚A(bisphenolA,BPA)，2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(C15H16O2)， 是一种人工合成的工业化学品，具有内分泌干扰能力。进入生物体后会对 生物体的发育、免疫力造成影响，甚至致癌，危害生物体健康。美国国家 环保局、世界野生动物基金组织已将其列为环境内分泌干扰物(Endocrine disruptingchemicals,EDCs)。我国BPA的生产量和消费量巨大，是环氧树 脂和聚碳酸酯的工业合成原料，其生产废水中双酚A含量较高，处理不当 将对环境造成重大威胁。
目前，常用的去除双酚A的方法有活性污泥、活性炭吸附、膜处理、 臭氧氧化等技术，但这些方法存在去除效果不佳、不能降解双酚A使之丧 失内分泌干扰作用或者臭氧氧化不完全、产物种类和毒性不明，使这些技 术无法达到安全有效去除双酚A的目的。而且以生物处理为主体工艺的传 统污水处理系统对BPA的去除效果有限，半衰期长达数天至数周。TiO2光 催化氧化技术催化活性高、操作简便，能把水中部分难生物降解的有机物 矿化成CO2和H2O，是一种环境友好技术，具有巨大的应用前景。鉴于TiO2是纳米级材料，在反应器中悬浮分布，难以回收，不但浪费资源，还会造 成二次污染。针对双酚A难生物降解、悬浮态TiO2的难回收等问题，本研 究制备快速降解双酚A的可回收磁载光催化剂TiO2/SiO2/γ-Fe2O3，检测该 催化剂的结构组成、表面特性及其对水中BPA的降解效果，探讨其降解规 律，同时考察该催化剂降解双酚A后的多次回收效率。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二 氧化钛光催化剂及其制备方法，以解决现有技术中废水中双酚A难降解和 TiO2颗粒在溶液中难以分离而不能重复利用的问题。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂的制备方 法，包括以下步骤：
(1)制备磁核：将Fe2(SO4)3和FeSO4·7H2O分别溶于同体积的去离 子水中，配制成浓度均为0.15mol/L的水溶液后混合，向上述混合溶液中 加入乙醇，在80℃水浴，以及氮气保护下搅拌，加入氢氧化钠溶液将pH 值调至11～13，搅拌1h后，在60℃下陈化3h，得到磁核Fe3O4，用磁铁分 离产物，并用去离子水洗涤3次;
(2)制备SiO2中间层：将步骤(1)制得的磁核Fe3O4样品于100mL 去离子水中，加入30ml0.1mol/L的分散剂，在50℃水浴下，先搅拌起到分 散作用，然后继续搅拌，并依次加入28ml正硅酸乙酯和10mL浓氨水，搅 拌3h后，用乙醇洗涤3次，80℃下彻底干燥后，在温度为400℃下煅烧1h; 再将温度调至600℃煅烧2h，得到SiO2/γ-Fe2O3;
(3)负载TiO2层：将步骤(2)所得SiO2/γ-Fe2O3样品置于52ml钛 酸四丁酯和150～180ml乙醇中，超声分散10min后，在40℃水浴中搅拌， 滴加体积浓度依次为6%～24%、1%～4%、72%～93%的去离子水、硝酸 和乙醇的混合溶液，待水解形成溶胶时，停止搅拌;陈化1h后，经80℃彻 底干燥，得到凝胶，然后在460℃～500℃下，煅烧1～2h，最终研磨得磁载 光催化剂TiO2/SiO2/γ-Fe2O3。
进一步的，所述步骤(1)中使用搅拌桨以1000rad/min的速度搅拌。
进一步的，所述步骤(2)中先以200rad/min的速度搅拌起到分散作用， 然后以1000rad/min的速度搅拌。
进一步的，所述步骤(3)中在40℃水浴中，以1000rad/min的速度搅 拌，以120滴/min的速度滴加体积浓度依次为6%～24%、1%～4%、 72%～93%的去离子水、硝酸和乙醇的混合溶液。
进一步的，所述步骤(2)中分散剂为十二烷基硫酸钠溶液。
进一步的，所述步骤(2)中滴加的正硅酸乙酯的量为Fe元素摩尔数 的1.0倍。
进一步的，所述步骤(3)中钛酸四丁酯的量为Fe元素摩尔数的2.0 倍。
进一步的，所述步骤(3)中所得的凝胶，按照5℃/min升温到460℃ ～500℃煅烧。
一种快速降解废水中双酚A的可回收磁性二氧化钛光催化剂，包括磁 核Fe3O4，磁核Fe3O4包裹有中间层SiO2，中间层SiO2外还负载有TiO2层。
有益效果：本发明制备的催化剂能快速、高效的降解废水中双酚A， 负载的TiO2主要为催化活性最高的锐钛矿型;利用外加磁场能实现催化剂 的多次有效回收，并保持较高的催化降解能力。
