CN110327928A - 一种高效降解有机污染物的光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效降解有机污染物的光催化剂及其制备方法，该光催化剂以硅铝复合氧化物为载体，以三氧化二铁和二氧化钛为有效成分；所述有效成分固载在载体上。本发明的催化剂中TiO2和Fe2O3分布均匀，固载后的TiO2不易水化分散，体系中的Fe3+能及时还原为Fe2+，减少了铁污泥的产生，提高了铁离子的利用率，催化剂颗粒遇水不易崩裂，使Fenton‑光催化协同体系具有实际应用价值，相比于传统Fenton和光催化高级氧化体系，本发明催化氧化效率大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效降解有机污染物的光催化剂及其制备方法，属于水处理技术领域。
背景技术
随着我国工农业的快速发展，环境污染也变得日益严重。其中，人们的用水安全受到极大的威胁。各地区江河系大多遭受污染，水质污染使很多城市水体水质劣于IV类。如何提高水质和水处理效率，是当前我国水处理行业急需解决的问题。现代水体系污染物相当复杂，特别是一些分子结构稳定难以生物直接降解的物质给供排水厂的正常运行制造了困难。这些结构稳定的物质常包括抗生素和激素等可对人体造成极大危害。因此，这些物质在供排水厂必须降低到安全标准才可以排出。然而传统的沉淀、过滤和生化给水处理工艺难以达到标准。针对这种状况，目前主要采用高级氧化技术或结合生物技术对水体进行深度处理。用于给水工艺的高级氧化技术主要包括：湿式氧化法，臭氧氧化法，光催化氧化法和Fenton氧化法等。湿式氧化法具有处理范围广，处理效果好，无二次污染的优点，但其处理温度和压力高，对设备材料要求高，需要较大的投资；臭氧是自然界最强的氧化剂之一，氧化能力强且反应迅速，但臭氧氧化处理成本高，氧化选择性强，容易处理不彻底，同时臭氧在使用过程中逸散，污染周围环境；光催化氧化法是一种廉价且安全可靠的水处理工艺，具有氧化效率高，无二次污染的特点，成为高级氧化家族的新秀，而备受瞩目。通过光催化可以将大多数分子结构稳定的物质直接矿化，而不生成可能危险性更高的中间产物。
目前有实用价值的光催化剂主要以TiO2为主，但直接应用TiO2光催化剂容易水化分散，形成尺度极小的TiO2微粒，给后续处理工艺增加难度。因此，TiO2光催化剂经常做成整体式催化剂，如利用负载、涂敷等技术将TiO2固载于陶瓷材料、活性炭、石英玻璃等材料上。再例如CN109437752A公开一种光催化水泥基复合材料，首先单独制备水泥基体，然后制备光催化剂乳液，将制备得到的光催化剂乳液涂覆在水泥基体的外表面，然后经过烘干干燥，得到最终的光催化剂水泥基复合材料。但是，对于这种整体式光催化剂缺点在于光量子效率不高，由此影响了污染物的转化率。Fenton体系是一种技术成熟且得到广泛应用的高级氧化技术，但其实际操作中需要高浓度的双氧水和铁，并且需要频繁的调节体系的pH，生成的铁污泥难以处理，增加了后续的处理难度。这些缺点促使人们发展一种高效、绿色、操作简单的高级氧化技术。
此外，CN105478121A公开了一种可实用化的三氧化二铁改性二氧化钛高效可见光催化剂的制备方法。主要是为了解决二氧化钛低的可见光吸收性能以及制备三氧化铁改性二氧化钛(Fe2O3/TiO2)需多步才能完成等缺点，而发明的一种仅使用商业化P25和四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子为原料，在经分段升温程序煅烧，使Fe3O4粉末在空气中直接转变成三氧化二铁(Fe2O3)的同时，能与P25进行充分的融合，最后制备出高效的Fe2O3/TiO2可见光催化剂。但是，这种类型的催化剂在水中容易水化分散，而难以真正工业应用。
CN105289620A公开了一种废水中有机污染物吸附和降解的催化剂的制备方法，主要解决目前TiO2能量的利用率较低、空穴和电子极易复合，失去催化能力的技术问题。将酸化的绢云母粉末分散在无水乙醇中，加入钛酸四丁酯和纳米三氧化二铁，加热磁力搅拌，然后用无水乙醇洗涤，离心，冷冻干燥。然而，此催化剂制备方法复杂，且用到钛酸四丁酯前驱物，使生产成本大幅提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效降解有机污染物的光催化剂及其制备方法。本发明将Fenton铁剂与TiO2光催化剂固载到硅铝无定型复合物中，形成固体Fenton-光催化协同体系。该协同体系效率相比传统Fenton和光催化氧化效率大幅提高，同时该催化剂不易水化分散，解决了TiO2易水化分散和Fenton体系中连续投加铁剂的缺点。
本发明以硅铝不定型复合物为载体，将Fe2O3和易水化分散的TiO2固载，提高了二氧化钛的抗水化能力，同时二氧化钛在紫外下激发的光生电子加速了Fe3+还原成Fe2+，一方面减少了铁污泥的产生，提高了铁离子在体系中的循环利用率；另一方面Fe2+促进H2O2的有效解离，加快了水中有机物的氧化速率。
本发明采取的技术方案如下：
一种高效降解有机污染物的光催化剂，该光催化剂以硅铝复合氧化物为载体，以三氧化二铁和二氧化钛为有效成分；所述有效成分固载在载体上。
根据本发明，优选的，所述光催化剂包括如下质量百分比的化学组成：
二氧化钛5％～65％，二氧化硅10％～65％，三氧化二铁1％～10％，三氧化二铝10％～65％。
根据本发明，优选的，所述光催化剂包括如下质量百分比的化学组成：
二氧化钛5％～50％，二氧化硅15％～45％，三氧化二铁2％～9％，三氧化二铝15％～45％。
根据本发明，优选的，所述光催化剂包括如下质量百分比的化学组成：
二氧化钛45％，二氧化硅25％，三氧化二铁5％，三氧化二铝25％。
根据本发明，优选的，所述的三氧化二铝为γ-Al2O3，二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛。
根据本发明，上述光催化剂的制备方法，包括步骤如下：
将偏钛酸和三氧化二铝粉末加入到pH＝4-5的硅溶胶中，超声分散均匀；干燥后，在空气气氛下第一次焙烧；第一次焙烧完成后将产物浸渍可溶性铁盐溶液，然后干燥，在空气气氛下第二次焙烧，即得光催化剂。
根据本发明，优选的，所述的第一次焙烧和第二次焙烧的温度为470℃～520℃，焙烧时间为1h～2h。
根据本发明，优选的，干燥过程的温度为80℃～100℃，干燥时间为10h～12h。
根据本发明，优选的，所述的可溶性铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁或氯化亚铁。
根据本发明，一种优选的实施方式，包括步骤如下；
(1)将硅酸钠水溶液用硫酸调节pH为4～5，得硅溶胶；
(2)将偏钛酸和三氧化二铝充分混合研磨，加入到步骤(1)的硅溶胶中，超声分散至分散均匀，得混合物料；
(3)将步骤(2)的混合物料80℃～90℃恒温干燥10h～12h，在空气气氛下焙烧1h～2h，焙烧温度为470℃～520℃；
(4)将步骤(3)的物料粉碎，用可溶性铁盐溶液浸渍，在70℃～80℃的恒温水浴中不断搅拌至物料完全蒸干；
(5)将步骤(4)的物料90℃～100℃恒温干燥10h～12h，在空气气氛下焙烧1h～2h，焙烧温度为470℃～520℃，即得光催化剂。
根据本发明，优选的，步骤(1)中硅酸钠水溶液的质量百分浓度为5％～15％；
优选的，所述的硫酸的质量浓度为20％。
根据本发明，优选的，步骤(4)中可溶性铁盐的质量百分浓度为1％～10％。
本发明的原理：
硅酸钠水溶液与三氧化二铝和偏钛酸的混合物料经过烘干，焙烧后形成固载有TiO2的硅铝不定型复合物，将其浸渍于可溶性铁盐的水溶液中，经过水浴蒸干，烘干，焙烧后形成的光催化剂具有强度高，比表面积大，抗水化能力强的优点。催化剂中的TiO2在紫外光的照射下，价带电子受到激发跃迁至导带，产生光生电子(e-)和光生空穴(h+)，光生空穴具有强氧化性，可直接氧化有机物实现降解，也可将水分子氧化为·OH；导带上的光生电子可以将Fe3+还原成Fe2+，还原后的Fe2+与体系中的双氧水发生反应产生·OH，·OH是一种强氧化性的基团，可以氧化有机物，使有机物降解为CO2，H2O等无机小分子，从而达到降解水中污染物的目的。
如若将Fenton催化剂固载在光催化剂上，在光催化剂上实现如下光催化循环：
TiO2+hυ→h++e
H2O2+Fe2++Fe3+→OH-+·OH
Fe3++e→Fe2+
h++H2O→H++·OH
则可形成固体Fenton技术，对比传统均相Fenton，固体Fenton催化剂固载于光催化剂上，可形成Fe3+与Fe2+催化循环转化，一方面增加了Fenton催化效率，避免了连续投加铁剂，并形成含铁污泥的缺点；另一方面光生电子的高效利用，促进了光生空穴与电子的分离，由此提高了光量子效率。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的催化剂中TiO2和Fe2O3分布均匀，固载后的TiO2不易水化分散，体系中的Fe3+能及时还原为Fe2+，减少了铁污泥的产生，提高了铁离子的利用率，催化剂颗粒遇水不易崩裂，使Fenton-光催化协同体系具有实际应用价值，相比于传统Fenton和光催化高级氧化体系，本发明催化氧化效率大幅提高。
2、本发明克服了Fenton试剂需连续投料并产生含铁污泥缺点，克服了TiO2在水中容易水化分散的缺点。同时，本发明不需要粘结剂，二氧化钛是在化学反应过程中慢慢负载到载体上的，负载强度高。
3、本发明提高了体系中双氧水的利用率，减少了后续处理的难度，节约了处理成本。
4、本发明的光催化剂的制备方法简单，制备原料来源广泛，廉价易得。
附图说明
图1为本发明实施例2制得的光催化剂的XRD图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例中所购原料均为常规市购产品
实施例1：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体0.418g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.146g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入FeSO4溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A1。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅26％，三氧化二铁3％，三氧化二铝26％。
实施例2：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体0.696g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.233g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A2。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅25％，三氧化二铁5％，三氧化二铝25％。
实施例3：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体1.01g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.320g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至480℃，480℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A3。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅24％，三氧化二铁7％，三氧化二铝24％。
实施例4：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体1.358g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.432g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至520℃，520℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A4。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅23％，三氧化二铁9％，三氧化二铝23％。
实施例5：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体0.435g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的0.465g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，放入氩气保护的气氛炉中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至490℃，490℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A5。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛15％，二氧化硅40％，三氧化二铁5％，三氧化二铝40％。
实施例6：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体0.418g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的0.886g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至510℃，510℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A6。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛25％，二氧化硅35％，三氧化二铁5％，三氧化二铝35％。
实施例7：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeSO4·7H2O固体0.418g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的1.448g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至490℃，490℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至510℃，510℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A7。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛35％，二氧化硅30％，三氧化二铁5％，三氧化二铝30％。
实施例8：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取Fe(NO3)3·9H2O固体1.012g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.233g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至510℃，510℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至485℃，485℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A8。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅25％，三氧化二铁5％，三氧化二铝25％。
实施例9：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取FeCl3·6H2O固体0.677g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.233g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A9。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅25％，三氧化二铁5％，三氧化二铝25％。
实施例10：
称取模数为3.2的硅酸钠固体1.322g倒入烧杯中，加入10ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解。
称取3.9g质量分数为98％的浓硫酸加入15.21g去离子水中，稀释为质量分数为20％的稀硫酸溶液。
称取K2FeO4固体0.496g倒入烧杯中，加入15ml的去离子水，充分搅拌至固体完全溶解，滴加稀硫酸溶液调节pH为5。
将稀硫酸缓慢滴加入硅酸钠溶液中，将溶胶pH调节为5时停止滴加稀硫酸，将充分研磨的2.233g偏钛酸和1.486g三氧化二铝的混合物加入硅溶胶中，超声分散30min，使混合物料分散均匀。
将混合物料放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出样品。
将样品粉碎成20～40目的颗粒放入盛有硫酸亚铁溶液的烧杯中浸渍，将烧杯置于70℃恒温水浴锅中，不断搅拌至水分蒸干。
将样品放入恒温干燥箱处理10h，恒温箱温度为90℃，取出干燥完成的样品，在空气气氛中焙烧,升温速率为5℃/min，升温至500℃，500℃恒温焙烧1.5h后取出产品，即得光催化剂A10。
光催化剂各成分质量百分含量为二氧化钛45％，二氧化硅25％，三氧化二铁5％，三氧化二铝25％。
对比例1
如实施例2所述，不同的是：
不加入二氧化钛。
对比例2
如实施例2所述，不同的是：
不加入三氧化二铁。
实验例1
测试实施例2制得的催化剂的XRD图，如图1所示。
由图1可知，催化剂主要由锐钛矿型TiO2和无定型的硅铝复合物组成，由于光催化剂中Fe2O3的含量较少，在XRD谱图中Fe2O3的特征峰不明显。
应用例1
将实施例1～10和对比例1～2制备得到的光催化剂用于处理甲基橙模拟污染水源，步骤如下：
将研磨碎的光催化剂(20-40目)样品0.3g装入容积为500ml的内照式光催化反应器中，加入反应液100ml(由水和甲基橙组成，甲基橙浓度为40mg/L)，0.1mLH2O2，常温、常压下反应30min，采用175W高压汞灯为光源。
η甲基橙＝(M0-M1)/M0×100％
将实施例1～10制得的光催化剂样品的反应活性评价结果示列于表1，活性数据为反应30min测得的数据。
表1.光催化剂的催化活性
| A<sub>1</sub> | A<sub>2</sub> | A<sub>3</sub> | A<sub>4</sub> | A<sub>5</sub> | A<sub>6</sub> | A<sub>7</sub> | A<sub>8</sub> | A<sub>9</sub> | A<sub>10</sub> | 对比例1 | 对比例2 |
| 93％ | 99％ | 97％ | 94％ | 97％ | 98％ | 96％ | 95％ | 97％ | 96％ | 82％ | 85％ |
由表1可知，本发明的Fenton-光催化协同体系相比于传统Fenton和光催化高级氧化体系，催化氧化效率大幅提高。
应用例2
将实施例1～10制备得到的光催化剂用磁力搅拌器处理，模拟水流的冲刷作用，步骤如下：
将催化剂粉碎成20～40目，称取质量为M0(3g)的样品倒入50ml烧杯中，加入30ml水，将烧杯放到磁力搅拌器上，调节转速为15rpm，处理48h后，用40目滤布过滤，将滤出的固体烘干，称取剩余质量M1。
催化剂的强度以催化剂的损失率进行表征，损失率越低，催化剂强度越高。根据下式计算催化剂的损失率：
ω＝(M0-M1)/M0×100％
其中M0和M1分别为冲刷前和冲刷后的质量。
将实施例1～10制得的光催化剂样品分别进行冲刷处理，评价结果示例于表2.
表2.不同光催化剂的强度对比
| A<sub>1</sub> | A<sub>2</sub> | A<sub>3</sub> | A<sub>4</sub> | A<sub>5</sub> | A<sub>6</sub> | A<sub>7</sub> | A<sub>8</sub> | A<sub>9</sub> | A<sub>10</sub> |
| 3.2％ | 2.6％ | 3.9％ | 2.4％ | 4.2％ | 4.9％ | 2.8％ | 3.6％ | 4.3％ | 2.8％ |
由表2可知，本发明的光催化剂的二氧化钛不易水化分散，负载稳定。彻底解决了二氧化钛催化体系的水化问题。
Claims (10)
1.一种高效降解有机污染物的光催化剂，其特征在于，该光催化剂以硅铝复合氧化物为载体，以三氧化二铁和二氧化钛为有效成分；所述有效成分固载在载体上。
2.根据权利要求1所述的高效降解有机污染物的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括如下质量百分比的化学组成：
二氧化钛5％～65％，二氧化硅10％～65％，三氧化二铁1％～10％，三氧化二铝10％～65％。
3.根据权利要求1所述的高效降解有机污染物的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括如下质量百分比的化学组成：
二氧化钛5％～50％，二氧化硅15％～45％，三氧化二铁2％～9％，三氧化二铝15％～45％。
4.根据权利要求1所述的高效降解有机污染物的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括如下质量百分比的化学组成：
二氧化钛45％，二氧化硅25％，三氧化二铁5％，三氧化二铝25％。
5.根据权利要求1所述的高效降解有机污染物的光催化剂，其特征在于，所述的三氧化二铝为γ-Al2O3，二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛。
6.权利要求1-5任一项所述的光催化剂的制备方法，包括步骤如下：
将偏钛酸和三氧化二铝粉末加入到pH＝4-5的硅溶胶中，超声分散均匀；干燥后，在空气气氛下第一次焙烧；第一次焙烧完成后将产物浸渍可溶性铁盐溶液，然后干燥，在空气气氛下第二次焙烧，即得光催化剂。
7.根据权利要求6所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的第一次焙烧和第二次焙烧的温度为470℃～520℃，焙烧时间为1h～2h。
8.根据权利要求6所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，干燥过程的温度为80℃～100℃，干燥时间为10h～12h。
9.根据权利要求6所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的可溶性铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁或氯化亚铁。
10.根据权利要求6所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下；
(1)将硅酸钠水溶液用硫酸调节pH为4～5，得硅溶胶；
(2)将偏钛酸和三氧化二铝充分混合研磨，加入到步骤(1)的硅溶胶中，超声分散至分散均匀，得混合物料；
(3)将步骤(2)的混合物料80℃～90℃恒温干燥10h～12h，在空气气氛下焙烧1h～2h，焙烧温度为470℃～520℃；
(4)将步骤(3)的物料粉碎，用可溶性铁盐溶液浸渍，在70℃～80℃的恒温水浴中不断搅拌至物料完全蒸干；
(5)将步骤(4)的物料90℃～100℃恒温干燥10h～12h，在空气气氛下焙烧1h～2h，焙烧温度为470℃～520℃，即得光催化剂。
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