專利名稱：一種光催化復(fù)合凝膠小球及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和水處理新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光催化復(fù)合凝膠小球及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
水體重金屬污染是是危害較大的環(huán)境污染問題。鉻是比較常見的重金屬，它主要應(yīng)用于電鍍、皮革和防腐等工業(yè)，這些工廠每年排放大量的含鉻廢水，如果在其排放到自然水體前不進行有效的處理將會造成重大的環(huán)境污染事故。鉻在水體中主要以三價和六價兩種形式存在。六價鉻在水體中的流動性較大，其毒性比三價鉻高100倍。而三價鉻容易與氫氧根等離子形成沉淀物而被去除。目前，含鉻廢水的處理方法主要是將六價鉻降解為三價鉻，再將三價鉻以沉淀物的形式去除。六價鉻降解為三價鉻的主要方法有化學(xué)法和光催化法等。光催化法與化學(xué)法相比具有操作方便、二次污染小、設(shè)備簡單且催化劑可再利用等優(yōu)點，其在實際廢水處理工程中已有應(yīng)用。但目前使用的光催化劑的種類有限，且光催化劑在反應(yīng)完成后不利于回收。因此，急需研究開發(fā)一種高效且容易回收再利用的光催化材料。二氧化鈦因具有特殊的光電性能、化學(xué)穩(wěn)定性和無毒害性等優(yōu)點而常作為催化劑用于光催化反應(yīng)中。但二氧化鈦具有親水性，且為納米結(jié)構(gòu)，在光催化反應(yīng)結(jié)束后不利于固液分離和催化劑的回收再利用，限制了其在實際工程中的應(yīng)用。通過適當(dāng)?shù)姆椒▽⒍趸伖潭ㄔ诔叽巛^大的載體上，其光催化效果沒有降低，在反應(yīng)完成后通過載體的回收把二氧化鈦進行回收。海藻酸鈉滴加在氯化鈣溶液中后會形成網(wǎng)狀的凝膠，其機械強度較好，可以作為二氧化鈦的載體。但這種凝膠中的鈣離子易被氫離子或其他金屬離子取代而導(dǎo)致凝膠的穩(wěn)定性降低，進而會導(dǎo)致負(fù)載的二氧化鈦發(fā)生泄漏。為了增強凝膠的穩(wěn)定性，使用戊二醛等交聯(lián)劑對海藻酸鹽進行化學(xué)交聯(lián)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，開發(fā)一種成本低廉、高效且易分離的可用于光催化降解六價鉻離子的光催化復(fù)合凝膠小球；以及一種工藝簡單、制備快速的光催化復(fù)合凝膠小球的制備方法；還提供一種上述光催化復(fù)合凝膠小球應(yīng)用于光降解六價鉻離子的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種光催化復(fù)合凝膠小球，其特征在于，所述凝膠小球包括海藻酸鹽凝膠，所述凝膠上均勻負(fù)載有光催化活性的二氧化鈦納米粒子，所述凝膠被戊二醛交聯(lián)。作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明提供一種光催化復(fù)合凝膠小球的制備方法，是將二氧化鈦納米粒子負(fù)載在海藻酸鹽凝膠中，制備的光催化劑易于固液分離和再利用，使用戊二醛對凝膠小球進行交聯(lián)以提高凝膠的穩(wěn)定性，防止二氧化鈦泄漏，具體步驟如下:( I)將海藻酸鈉和二氧化鈦與水?dāng)嚢杈鶆蛑苽浠旌弦?，所述海藻酸鈉、二氧化鈦和水的質(zhì)量比為1: (0.5 3): (50 200)，所述混合液體積為50 200 mL ；
(2)將步驟(I)所述的混合液用注射器滴加到氯化鈣溶液中形成顆粒均勻的小球，在室溫下反應(yīng)I 10小時，將小球收集并洗滌多次后得到穩(wěn)定的凝膠小球，所述氯化鈣體積為200 600 mL，所述氯化鈣濃度為I 6% ；(3)將步驟(2)所述的凝膠小球加入戊二醛和鹽酸的水溶液中，在溫度為20 60°C條件下攪拌反應(yīng)I 10小時，將小球收集并洗滌多次后得到所述產(chǎn)品，所述戊二醛濃度為0.5 4%，所述鹽酸濃度為0.05 0.3 mol/L。上述制備方法中，制備的順序是先將二氧化鈦負(fù)載在海藻酸鹽凝膠小球上，再以戊二醛為交聯(lián)劑對制備的小球進行交聯(lián)。本發(fā)明還提供一種上述的光催化復(fù)合凝膠小球應(yīng)用于光催化降解六價鉻離子的方法，包括以下步驟:向含六價鉻離子的溶液中加入所述光催化復(fù)合凝膠小球，在紫外燈照射條件下進行降解反應(yīng)，用過濾的方式將凝膠小球分離，完成對六價鉻離子的降解。上述應(yīng)用中，所述復(fù)合凝膠小球在廢水中用量優(yōu)選f 20 g/L。上述應(yīng)用中，所述光降解反應(yīng)的條件優(yōu)選為:pH值為I 6，反應(yīng)時間為I 36小時。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:1、本發(fā)明的光催化復(fù)合凝膠小球，使用的原料來源廣泛，且價格低廉，主要原料二氧化鈦、海藻酸鈉、氯化鈣和戊二醛等都是常用的化工產(chǎn)品，而且復(fù)合凝膠小球很容易從處理后的溶液中分離出來再利用。2、產(chǎn)品無毒,對環(huán)境友好。3、本發(fā)明的光催化復(fù)合凝膠小球的制備工藝及操作簡單、制備快速，生產(chǎn)周期短，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。4、本發(fā)明的光催化復(fù)合凝膠小球?qū)α鶅r鉻的降解效率高，為廢水中重金屬污染的治理提供了新的途徑。


圖1是本發(fā)明實施例1的光催化復(fù)合凝膠小球的數(shù)碼照片；圖2是本發(fā)明實施例1的光催化復(fù)合凝膠小球的掃描電鏡圖；圖3為本發(fā)明實施例1的光催化復(fù)合凝膠小球與純二氧化鈦的熱重曲線具體實施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。實施例1:一種本發(fā)明所述的光催化復(fù)合凝膠小球，該凝膠小球以海藻酸鹽為載體，載體上負(fù)載有二氧化鈦納米粒子。該光催化復(fù)合凝膠小球由以下方法制備:將1.5 g海藻酸鈉和1.5 g 二氧化鈦與水?dāng)嚢杈鶆蛑苽?00 mL混合液。用注射器將該混合液滴加到400 mL濃度為4%的氯化鈣溶液中制備出顆粒均勻的小球，在室溫下反應(yīng)4小時，將小球收集并洗滌多次后得到穩(wěn)定的凝膠小球。再將凝膠小球加入200 mL濃度為1%的戊二醛和濃度為0.1 mol/L的鹽酸的水溶液中，在溫度為40°C條件下攪拌反應(yīng)4小時，將凝膠小球收集并洗滌多次后得到所述產(chǎn)品。
上述制得的光催化復(fù)合凝膠小球的數(shù)碼相片如圖1所示，其外觀呈白色，凝膠小球的粒徑均勻，直徑約為1.5 mm。將其置于掃描電鏡下觀察，球體外表面結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出其表面分布大量二氧化鈦粒子。二氧化鈦粉末和光催化復(fù)合凝膠小球的熱重曲線如圖3所示，二氧化鈦粉末加熱到800°C后重量基本沒有變化，而光催化復(fù)合凝膠小球的重量失去約49.8%。在168°C前失去總重量的13.8%主要歸因于材料脫水，而在168°C后失去的重量主要是因為海藻酸鹽被氧化。實施例2:本發(fā)明的光催化復(fù)合凝膠小球用于光降解廢水中的六價鉻離子，包括以下步驟:將實施例1制得的光催化復(fù)合凝膠小球添加到體積為I L初始濃度為10 mg/L的六價鉻廢水中，每升廢水中的添加量以光催化復(fù)合凝膠小球濕重量計為10 g，用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)廢水的pH值，分別配制成pH值變化范圍為2飛的五個待處理廢水樣品，將帶有石英玻璃外殼的8W紫外燈管插在反應(yīng)容器的中間，將反應(yīng)容器置于溫度為25°C的培養(yǎng)箱中，磁力攪拌15小時后將凝膠小球從廢水中分離，完成對廢水中六價鉻離子的降解處理。用紫外分光光度法測定廢水中未被降解的六價鉻的量，計算的去除率結(jié)果如表I所示:表1:PH值對光催化復(fù)合凝膠小球降解水中六價鉻離子的影響
權(quán)利要求
1.一種光催化復(fù)合凝膠小球，其特征在于，所述復(fù)合凝膠小球以交聯(lián)的海藻酸鹽為基體，基體上均勻負(fù)載二氧化鈦納米粒子。
2.一種如權(quán)利要求1所述的光催化復(fù)合凝膠小球的制備方法，包括以下步驟: (1)將海藻酸鈉和二氧化鈦與水?dāng)嚢杈鶆蛑苽浠旌弦?，所述海藻酸鈉、二氧化鈦和水的質(zhì)量比為1: (0.5 3): (50 200)，所述混合液體積為50 200 mL ； (2)將步驟(I)所述的混合液用注射器滴加到氯化鈣溶液中形成顆粒均勻的小球，在室溫下反應(yīng)I 10小時，將小球收集并洗滌多次后得到穩(wěn)定的凝膠小球，所述氯化鈣體積為200 600 mL，所述氯化鈣濃度為I 6% ； (3)將步驟(2)所述的凝膠小球加入戊二醛和鹽酸的水溶液中，在溫度為20 60°C條件下攪拌反應(yīng)I 10小時，將小球收集并洗滌多次后得到所述產(chǎn)品，所述戊二醛濃度為0.5 4%，所述鹽酸濃度為0.05 0.3 mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化復(fù)合凝膠小球的制備方法，其特征在于:制備的順序是先將二氧化鈦負(fù)載在海藻酸鹽凝膠小球上，再以戊二醛為交聯(lián)劑對制備的小球進行交聯(lián)。
4.一種如權(quán)利要求2所述的光催化復(fù)合凝膠小球的應(yīng)用，其特征在于:用所述復(fù)合凝膠小球光催化降解六價鉻離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于:所述復(fù)合凝膠小球在廢水中用量為廣20g/L0
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于:所述光降解反應(yīng)的pH值為I 6，所述反應(yīng)時間為I 36小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化復(fù)合凝膠小球及其制備方法與應(yīng)用，該復(fù)合小球以交聯(lián)的海藻酸鹽為基體，基體內(nèi)充滿二氧化鈦納米粒子。制備的具體步驟為首先將二氧化鈦和海藻酸鈉與水混合均勻，然后用注射器將混合液逐滴加入氯化鈣溶液中制備出均勻的小球，將小球收集洗滌后加入戊二醛和鹽酸溶液中進行交聯(lián)反應(yīng)，最后將小球收集并洗滌得到最終產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有成本低廉、制備簡單、光降解效果好且易于分離回收等優(yōu)點。該產(chǎn)品對六價鉻具有良好的光降解效果。本發(fā)明可用于電鍍廠、電子廠、冶煉廠等排放的含鉻廢水的處理。
文檔編號C02F101/22GK103170373SQ201310110550
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者胡新將, 劉云國, 王慧, 劉韻琴, 柳思勉, 郭一明, 何緣, 李江, 李婷婷 申請人:湖南大學(xué)