一种降解有机物杂质的光催化剂与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种降解有机物杂质的光催化剂与应用，属于光催化剂技术领域。本发明专利技术光催化剂的活性成分为TiO

A photocatalyst for degradation of organic impurities and its application

The invention discloses a photocatalyst and application for degradation of organic impurities, belonging to the technical field of photocatalyst. The active component of benfa photocatalyst is TiO

【技术实现步骤摘要】
一种降解有机物杂质的光催化剂与应用
本专利技术涉及一种降解有机物杂质的光催化剂与应用，属于光催化剂

技术介绍
氧化铝是典型的大型复杂流程性工业，从矿石提取氧化铝有多种方法，例如拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法生产工艺中有机物主要来源于以下两个方面:(1)铝土矿中不溶于碱的腐殖质等有机质进入拜耳液中，这部分有机物占铝土矿中有机物总含量的20％～30％，是拜耳液中有机物的最主要的来源。(2)在选矿和赤泥分离等工艺中要添加浮选药剂、絮凝剂等有机物。矿物浮选中常使用的捕收剂如黄药、氧化石蜡皂、塔尔油，调整剂如水玻璃、苛性淀粉，抑制剂如腐殖酸铵、糊精等有机表面活性剂部分溶解在铝酸钠溶液中而进入拜耳液。淀粉、聚丙烯酰胺等絮凝剂，除随赤泥一起沉降下来外，也会少量进入拜耳液中。这些浮选药剂和絮凝剂添加量少，其中只有一部分进入拜耳液中，约占拜耳液中有机物总量的4％。拜耳液中有机物种类繁多，成分复杂，绝大多数有机物分子量都小于500，分子中含有羧基、羟基等官能团。至今为止，拜耳液中有机物的成分也没彻底统计出来。张妮等采用LC/MS和GC/MS确定了平果氧化铝厂拜耳液中含有草酸、乙酸、丙酸、对苯二甲酸等22种有机物。由于在拜耳法的工艺中苛性碱液即母液不断循环使用的，所以拜耳液中的有机杂质含量不断的富集增加。当有机杂质的富集达到相当高的浓度时，就会严重干扰拜耳法生产的正常进行，如降低氧化铝的溶出率、Al2O3杂质增高、碱耗增加；降低赤泥沉降速度，增加赤泥过滤难度；加速设备结疤；减少设备容量利用率；恶化生产环境等。有机物杂质对拜耳法生产工艺是不利的，设法脱除拜耳液中的有机物是铝工业中一个重要课题。许多学者对其行进了深入研究，提出了许多方法，主要有铝土矿焙烧法、母液焙烧法、离子交换法、结晶法，沉淀法、湿式氧化法等方法。铝土矿焙烧法是在铝土矿溶出之前，焙烧矿物，氧化燃烧有机物，从源头上脱除矿石中的有机物。此法铝土矿中有机物脱除最彻底。然而铝土矿焙烧时间长、热损失大，能耗巨大，设备、生产成本很高；不能短期内彻底脱除拜耳液中的有机物；在高温培烧下，氧化铝和铁、硅等杂质易形成多元稳定化合物而降低氧化铝的溶出率。母液焙烧法是将循环母液在高温下进行焙烧，焙烧中有机碳转化成二氧化碳排出。焙烧母液法将铝土矿中有机物脱除彻底，溶液不需要苛化。焙烧后铝酸钠溶出温度低、溶出速度快。矿石中补充了铝，高温培烧，使部分低品位、高硫铝土矿可以得到应用。但生产工艺需要蒸发、干燥、煅烧，能耗依然较大，需要增设溶液焙烧设备、废气处理设备，建厂投资成本大。离子交换法是拜耳液通过离子交换树脂时，有机分子被交换到树脂上而实现脱除分离。然而在高碱性条件下，树脂机械强度下降，功能基团易变形破坏，再生困难。因而，离子交换法在拜耳液中应用的研究国内报道很少，在氧化铝工业中未得到工业应用。结晶法是通过蒸发浓缩、添加晶种等方法使拜耳液中的有机物主要是草酸钠失稳而结晶析出。结晶法处理拜耳液操作简单，草酸钠脱除效果好，易于工业生产，工业应用广泛。但是其它形式的有机物依然残留在溶液中，蒸发浓缩需消耗能量，结晶会带走部分氧化铝和苛性碱，需要考虑回收其中的铝和钠。沉淀法是向铝酸钠溶液中加入沉淀剂，如石灰等，形成有机物沉淀物从溶液中沉淀分离出来。但该法沉淀剂用量大、利用率低；铝损失严重。湿式氧化法是在一定条件下利用氧化剂氧化降解有机物。最终将有机碳转化为无机碳酸盐或二氧化碳。湿式氧化法包括空气高温高压氧化法；氧化铜、二氧化锰、四氧化三钴、氧化铁，三氧化二镍等催化氧化降解以及臭氧氧化降解法。但氧气湿式氧化法彻底氧化条件苛刻；设备运行要求高；催化氧化法光催化剂回收困难，易污染产品。目前尚未有文献报道通过光催化降解法脱除氧化铝生产过程中的有机物杂质。
技术实现思路
针对现有技术中光催化降解法脱除氧化铝生产过程中的有机物杂质的问题，提供了一种降解有机物杂质的光催化剂与应用，本专利技术光催化剂在碱生产工艺中能够有效降解去除有机物杂质。一种降解有机物杂质的光催化剂，催化剂的活性成分为TiO2、ZnO、CuO、Cu2O、SnO2和ZrO2中的一种或多种，光催化剂采用溶胶-凝胶法或生物模板法制备而得。所述溶胶-凝胶法的具体步骤为(1)配制前驱体醇溶液；(2)在搅拌条件下逐滴滴加去离子水进行水解反应，待凝胶形成后，陈化处理1-3天得到前驱体湿凝胶；(3)前驱体溶胶静置陈化处理得到前驱体湿凝胶，将前驱体湿凝胶置于温度为235～285℃超临界干燥处理2～4h得到气凝胶，气凝胶烘干研磨即得光催化剂。进一步地，所述步骤(1)中前驱体溶液中活性成分的金属离子包括Ti离子、Zn离子、Cu离子、Sn离子、Zr离子的一种或多种，前驱体溶液中活性成分金属离子的浓度为0.01～100g/L。所述生物模板法的具体步骤为(1)将植物的根、茎和/或叶分离洗净作为生物模板；(2)将生物模板依次置于戊二醛溶液、盐酸中浸泡1～72h，再采用蒸馏水洗涤至洗涤液为中性；(3)配制前驱体溶液，将生物模板置于前驱体溶液中浸泡1～72h得到前驱体，将前驱体烘干并置于温度为350～950℃条件下煅烧1～24h即得光催化剂。进一步地，所述步骤(2)中戊二醛溶液的质量浓度为0.1～50％，盐酸的质量浓度为0.1～37％；进一步地，所述步骤(3)前驱体溶液中活性成分的金属离子包括Ti离子、Zn离子、Cu离子、Sn离子、Zr离子的一种或多种，前驱体溶液中活性成分金属离子的浓度为0.01～100g/L；所述降解有机物杂质的光催化剂在光催化降解氧化铝生产过程中有机物中的应用。进一步地，光催化降解氧化铝生产过程中有机物为氧化铝生产过程中的精液原水、弱液原水、种母原水、平母原水、蒸发母液、碳分母液、种分母液或分解母液中的有机物。进一步地，所述光催化降解温度为20～60℃，pH值为9～13，光催化剂的使用量为0.1～50g/L，光源为紫外波段光源。进一步地，所述光催化剂涂覆设置在反应罐内壁或光催化剂制作成棒状或球状设置在反应罐内的支撑架上。光催化剂将大分子有机物直接降解为CO2等无机物或者降解为小分子有机物，再进一步将小分子有机物降解脱除。本专利技术的有益效果：(1)氧化铝生产过程中的大部分溶液中有机物成分复杂，种类较多，很难一一鉴定有机物的具体结构，再加上液体中含有大量的无机盐，因此处理起来比较困难，本专利技术的光催化剂(活性成分ZnO、CuO、Cu2O、SnO2、TiO2或ZrO2)在紫外光源的照射下，可高效光降解有机物，将大分子有机物分解为CO2等无机物或者降解为小分子有机物，再将小分子有机物进一步降解脱除，基本去除氧化铝生产过程中的有机物杂质；(2)本专利技术光催化剂内部为介孔结构，对反应液中的大分子有机物具有较高的吸附能力，能够有效捕捉反应液中的大量有机物，光催化剂在紫外光照射下产生的具有强氧化性的羟基自由基与吸附在光催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降解有机物杂质的光催化剂，其特征在于：催化剂的活性成分为TiO

【技术特征摘要】
1.一种降解有机物杂质的光催化剂，其特征在于：催化剂的活性成分为TiO2、ZnO、CuO、Cu2O、SnO2和ZrO2中的一种或多种，光催化剂采用溶胶-凝胶法或生物模板法制备而得。


2.根据权利要求1所述降解有机物杂质的光催化剂，其特征在于：溶胶-凝胶法的具体步骤为
(1)配制前驱体醇溶液；
(2)在搅拌条件下逐滴滴加去离子水进行水解反应，待凝胶形成后，陈化处理1-3天得到前驱体湿凝胶；
(3)将前驱体湿凝胶置于温度为235～285℃超临界干燥处理2～4h得到气凝胶，气凝胶烘干研磨即得光催化剂。


3.权利要求2所述降解有机物杂质的光催化剂，其特征在于：步骤(1)中前驱体溶液中活性成分的金属离子包括Ti离子、Zn离子、Cu离子、Sn离子、Zr离子的一种或多种，前驱体溶液中活性成分金属离子的浓度为0.01～100g/L。


4.根据权利要求1所述降解有机物杂质的光催化剂，其特征在于：生物模板法的具体步骤为
(1)将植物的根、茎和/或叶分离洗净作为生物模板；
(2)将生物模板依次置于戊二醛溶液、盐酸中浸泡1～72h，再采用蒸馏水洗涤至洗涤液为中性；
(3)配制前驱体溶液，将生物模板置于前驱体溶液中浸泡1～72h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家强，姜亮，王伟，和佼，杨烨鹏，李国庆，李懿舟，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53