CN110743604B - 一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法，将纤维状的轻质碳酸钙研磨后得到微米级碳酸钙片状模板，然后加入硫酸锌、氮化碳和催化剂，进行水热反应，干燥、研磨后得到前驱体粉末，再经过高温煅烧和自然冷却即可得到有机污水高效光降解催化剂。该催化剂是由纳米级氧化锌和氮化碳混合负载在碳酸钙上，形成氧化锌/氮化碳/碳酸钙复合光降解催化剂，该催化剂具有高效、快速的特点，在使用浓度为0.05‑0.2mg/L的条件下，30min对硝基苯的去除率即可达到98％以上。
Description
技术领域
本发明涉及光降解催化剂技术领域，尤其涉及一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法。
背景技术
光催化降解就是利用辐射、光催化剂在反应体系中产生的活性极强的自由基，再通过自由基与有机污染物之间的加合、取代、电子转移等过程将污染物全部降解为无机物的过程。
光催化剂氧化还原机理主要是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成电子-空穴对，对吸附于表面的污染物直接进行氧化还原，或氧化表面吸附的氢氧根(OH-)，生成强氧化性的氢氧自由基(·OH)，将污染物氧化。
光催化降解卤代有机污染物(HOPs)的机理总体表现为电子转移特征，即光激发催化剂产生的活性物种如eaq、eCB或·OH、hVB等分别将HOPs还原成阴离子自由基或氧化成阳离子自由基，并通过C—X键断裂实现降解。
2009年，新型的具有石墨相的无金属氮化碳光催化剂被开发出来，该催化剂的氧化效率较低。在此基础上国内外做了大量的相关研究，其中，中国发明专利CN105536846A公开了一种二氧化钛/氮化碳复合光催化剂，有效提高了光生电子与正电荷分离能力，光催化氧化效率显著提升。本发明为了进一步提升催化剂的光催化氧化效率，提供了一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
A、将纤维状的轻质碳酸钙加入乙醇中；
B、向乙醇中加入助磨剂，分散均匀后得到浆料；
C、对浆料进行反复研磨，过800目筛，取浆液；
D、在浆液中加入将硫酸锌、氮化碳和催化剂，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬的水热反应器中，在220-250℃条件下，水热反应18-24h，将溶液蒸发、干燥，研磨后得到前驱体粉末；
E、经过高温煅烧和自然冷却后即可得到有机污水高效光降解催化剂。
优选的，所述的步骤A中，所述的纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(60-120)：1。
优选的，所述的步骤B中，所述的助磨剂为甘油。
优选的，所述的步骤C中，所述的浆液中，轻质碳酸钙的质量浓度为1-3％。
优选的，所述的步骤D中，所述的催化剂为氟化氢。
优选的，所述的步骤D中，催化剂的加入量为硫酸锌加入量的10-20％。
优选的，所述的步骤D中，硫酸锌和氮化碳的加入量与浆液中轻质碳酸钙的质量比分别为(8-15)：100和(1-2.5)：100。
优选的，所述的步骤E中，所述的高温煅烧的温度为500-550℃，时间为1.5-2h。
本发明的有益之处在于：本发明的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，将纤维状的轻质碳酸钙研磨后得到微米级碳酸钙片状模板，然后加入硫酸锌、氮化碳和催化剂，进行水热反应，干燥、研磨后得到前驱体粉末，再经过高温煅烧和自然冷却即可得到有机污水高效光降解催化剂。该催化剂是由纳米级氧化锌和氮化碳混合负载在碳酸钙上，形成氧化锌/氮化碳/碳酸钙复合光降解催化剂，该催化剂具有高效、快速的特点，在使用浓度为0.05-0.2mg/L的条件下，30min对2mg/L硝基苯的去除率即可达到98％以上。
具体实施方式
实施例1
一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
A、将纤维状的轻质碳酸钙加入乙醇中；
B、向乙醇中加入体积比为1.5％的甘油，分散均匀后得到浆料；
C、对浆料进行反复研磨，过800目筛，取浆液；
D、在浆液中加入将硫酸锌、氮化碳和催化剂，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬的水热反应器中，在230-240℃条件下，水热反应22h，将溶液蒸发、干燥，研磨后得到前驱体粉末；
E、经过高温煅烧和自然冷却后即可得到有机污水高效光降解催化剂。
所述的步骤A中，所述的纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(60-120)：1。
所述的步骤C中，所述的浆液中，轻质碳酸钙的质量浓度为1.8％。
所述的步骤D中，所述的催化剂为氟化氢，加入量为硫酸锌加入量的15％。
硫酸锌和氮化碳的加入量与浆液中轻质碳酸钙的质量比分别为12：100和1.8：100。
所述的步骤E中，所述的高温煅烧的温度为530℃，时间为1.8h。
实施例2
一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
A、将纤维状的轻质碳酸钙加入乙醇中；
B、向乙醇中加入体积比为3.2％的甘油，分散均匀后得到浆料；
C、对浆料进行反复研磨，过800目筛，取浆液；
D、在浆液中加入将硫酸锌、氮化碳和催化剂，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬的水热反应器中，在240-250℃条件下，水热反应18h，将溶液蒸发、干燥，研磨后得到前驱体粉末；
E、经过高温煅烧和自然冷却后即可得到有机污水高效光降解催化剂。
所述的步骤A中，所述的纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(60-120)：1。
所述的步骤C中，所述的浆液中，轻质碳酸钙的质量浓度为3％。
所述的步骤D中，所述的催化剂为氟化氢，加入量为硫酸锌加入量的10％。
硫酸锌和氮化碳的加入量与浆液中轻质碳酸钙的质量比分别为15：100和1：100。
所述的步骤E中，所述的高温煅烧的温度为550℃，时间为1.5h。
实施例3
一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
A、将纤维状的轻质碳酸钙加入乙醇中；
B、向乙醇中加入体积比为1.1％的甘油，分散均匀后得到浆料；
C、对浆料进行反复研磨，过800目筛，取浆液；
D、在浆液中加入将硫酸锌、氮化碳和催化剂，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬的水热反应器中，在220-225℃条件下，水热反应24h，将溶液蒸发、干燥，研磨后得到前驱体粉末；
E、经过高温煅烧和自然冷却后即可得到有机污水高效光降解催化剂。
所述的步骤A中，所述的纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(60-120)：1。
所述的步骤C中，所述的浆液中，轻质碳酸钙的质量浓度为1％。
所述的步骤D中，所述的催化剂为氟化氢，加入量为硫酸锌加入量的20％。
硫酸锌和氮化碳的加入量与浆液中轻质碳酸钙的质量比分别为8：100和2.5：100。
所述的步骤E中，所述的高温煅烧的温度为500℃，时间为2h。
将以上实施例1-3的0.5g催化剂粉末球磨分散在10L的水中制备成分散液，将该分散液加入1L污染物为硝基苯的有机污水中。此时，水体中催化剂的浓度为0.1mg/L，硝基苯浓度为2mg/mL，将污水置于光照强度为0.51W/m2@340nm的Q-SUN老化箱体中分别进行30min、60min、120min测试，测试硝基苯的残留量，并与对比例(中国发明专利CN105536846A实施例1制备的催化剂)进行对比测试，得到如下测试数据:
由以上测试数据可以知道，本发明的有机污水高效光降解催化剂对硝基苯有非常好的光降解效果，且降解速度非常快。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种有机污水高效光降解催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将纤维状的轻质碳酸钙加入乙醇中；
B、向乙醇中加入助磨剂，分散均匀后得到浆料；
C、对浆料进行反复研磨，过800目筛，取浆液；
D、在浆液中加入将硫酸锌、氮化碳和催化剂，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬的水热反应器中，在220-250℃条件下，水热反应18-24h，将溶液蒸发、干燥，研磨后得到前驱体粉末；
E、经过高温煅烧和自然冷却后即可得到有机污水高效光降解催化剂；
所述的步骤E中，所述的高温煅烧的温度为500-550℃，时间为1.5-2h。
2.如权利要求1所述的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，所述的纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(60-120)：1。
3.如权利要求1所述的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，所述的步骤B中，所述的助磨剂为甘油。
4.如权利要求1所述的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，所述的步骤C中，所述的浆液中，轻质碳酸钙的质量浓度为1-3％。
5.如权利要求1所述的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，所述的步骤D中，所述的催化剂为氟化氢。
6.如权利要求1所述的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，所述的步骤D中，催化剂的加入量为硫酸锌加入量的10-20％。
7.如权利要求1所述的有机污水高效光降解催化剂的制备方法，所述的步骤D中，硫酸锌和氮化碳的加入量与浆液中轻质碳酸钙的质量比分别为(8-15)：100和(1-2.5)：100。
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