一种利用铁尾矿制备的光催化材料及其方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种利用铁尾矿制备的光催化材料及其方法和应用，属于固体废弃物资源化利用技术领域。该材料按照以下步骤进行制备：将铁尾矿干燥过筛后，备用；以水为溶剂，加入二氧化钛和铁尾矿搅拌均匀后，加热至100

【技术实现步骤摘要】
一种利用铁尾矿制备的光催化材料及其方法和应用


[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源化利用
，更具体的涉及一种利用铁尾矿制备的光催化材料及其方法和应用。

技术介绍

[0002]铁尾矿是铁矿石选矿后剩余的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。我国现有尾矿库12718座，其中已闭库的尾矿库1024座，占总数的8％。在现存的尾矿中铁尾矿占到了1/3，铁尾矿的颗粒细小、结构松散，大量的铁尾矿露天堆弃，不仅占用土地，还易产生扬尘或随降雨流失，引发一系列的环境问题，严重危害生态环境及库区周边人民群众的生命财产安全。因此，寻求经济、高效、环境友好的铁尾矿综合利用方式，在更多的领域拓展铁尾矿的利用途径，对解决我国铁尾矿堆积具有重要意义。
[0003]TiO2纳米材料化学性质稳定、耐酸碱和光的腐蚀、无毒、光催化活性高、成本低廉、易生产等优点，成为最具开发前景的绿色环保型光催化剂。目前，研究人员详细研究过的TiO2光催化降解的污染物已达100种以上，如废水中的染料，水体中残留的药物、洗涤剂中残留的表面活性剂等。难降解有机微污染物或者内分泌干扰物，如双酚A、硝基酌、丙酮等。其次，汞、铬、铜等重金属离子的污染问题也可以利用TiO2光催化解决。可降解空气中的污染物甲醛等。同时也能对氯化物、亚硝酸盐等无机污染物进行降解处理。但是，TiO2纳米材料也存在其结构固有的缺陷：量子效率较低(～4％)和禁带宽度为3.2eV，其无可见光无响应的，这些成为其实际应用的“瓶颈”。目前商业上有的P25TiO2因这两个缺陷，使得应用受到了极大地限制。作为光催化技术的核心，催化剂的光捕获能力和活性高低直接决定了其对污染物的降解能力。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供了一种利用铁尾矿制备的光催化材料及其方法和应用，不仅提高了铁尾矿的利用率，还提高了TiO2在可见光区的光催化能力。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种利用铁尾矿制备光催化材料的方法，按照以下步骤进行制备：
[0006]步骤1、将铁尾矿干燥过筛后，备用；
[0007]步骤2、以水为溶剂，加入二氧化钛和铁尾矿搅拌均匀后，加热至100
‑
110℃进行聚合，待其冷却至室温后进行超声、干燥、研磨得到混合物，备用；
[0008]步骤3、将混合物在惰性气体气氛下、升温速率为3
‑
10℃/min，200
‑
1000℃下煅烧得到光催化材料。
[0009]优选的，步骤2中，二氧化钛、铁尾矿、超纯水的比例为2
‑
8g:2
‑
8g:150mL。
[0010]优选的，步骤2中，加热时间为15
‑
20min。
[0011]优选的，升温至200
‑
1000℃后，保温15min
‑
4h。
[0012]优选的，步骤3中，煅烧温度为300℃
[0013]优选的，步骤3中，煅烧完成后，待其自然冷却至室温后取出，分别用无水乙醇和超纯水清洗三次，再置于烘箱中干燥，得到光催化材料。
[0014]本专利技术的第二个目的提供上述方法获得的利用铁尾矿制备的光催化材料。
[0015]本专利技术的第三个目的是上述利用铁尾矿制备的光催化材料在降解抗生素中的应用。
[0016]优选的，抗生素为强力霉素。
[0017]本专利技术的机理：TiO2与铁尾矿在经历搅拌、加热后充分接触并聚合，超声使其分散均匀后进行煅烧。在煅烧的过程中，混合材料中的晶体发生晶型转变，导致了结构和形态缺陷的形成，增加了它们的表面积，比表面积的增大有助于增加催化材料与污染物的接触面积，提高催化效率。同时，铁尾矿中含有一些金属元素，如：Fe、Cu等。金属元素与TiO2掺杂后，在TiO2能带间隙间形成杂质能级，促进其光响应范围，并抑制光生电子和空穴的复合，显著提高TiO2在可见光照射下的光催化能力。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术制备的光催化材料在模拟太阳光下(350W氙灯光源)可有效降解水中的抗生素(强力霉素)；
[0020](2)本专利技术的方法有助于解决尾矿大量堆弃带来的一系列环境问题，同时，为制备光催化材料找到了更加廉价的原材料，降低了光催化材料应用于废水处理的成本，所制备的材料对强力霉素具有良好的降解效果，且多次循环利用后仍具有良好的催化效果，是一种稳定、高效的新型光催化材料。
附图说明
[0021]图1为光催化材料TITs
11
‑
300
‑
1h的外观；
[0022]图2为铁尾矿在不同放大倍数下的SEM图像，其中，图2a的放大倍数为1k，图2b的放大倍数为5k；
[0023]图3为光催化材料TITs
11
‑
300
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1h在不同放大倍数下的SEM图像，其中，图3a的放大倍数为1k，图3b的放大倍数为5k；
[0024]图4为TITs
11
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300
‑
1h光催化材料对强力霉素降解率；
[0025]图5为TITs
11
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300
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1h在五次循环利用后对强力霉素的降解率。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法；下述试剂和原料，如没有特殊说明，均为市售试剂和原料。本专利技术所用TiO2购于国药集团化学试剂有限公司，本专利技术所用的铁尾矿来源于山西省运城市垣曲县泉子沟尾矿库，其中主要成分如表1所示。
[0028]表1铁尾矿的主要成分
[0029]成分SiO2Al2O3FeOK2OCuO
wt.％53.4423.466.784.621.16
[0030]实施例1
[0031]步骤1、将铁尾矿在阴凉处自然风干，并过2mm筛备用；
[0032]步骤2、TiO2与铁尾矿按质量比1:4分别称取2g、8g，溶解于150mL超纯水中，600r下搅拌30min后在电阻炉上加热至100℃保持20min；待其冷却至室温后，超声15min，在80℃烘箱中干燥过夜至彻底干燥，研磨粉碎，得到混合物；
[0033]步骤3、将混合物置于管式炉中，在N2气氛下，设定升温速率为3℃/min，至800℃后保持4h；待其在管式炉中自然冷却至室温后取出，分别用无水乙醇和超纯水清洗三次，再置于烘箱中干燥。以获得制备的光催化材料，记为TITs
14
‑
800
‑
4h...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用铁尾矿制备光催化材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行制备：步骤1、将铁尾矿干燥过筛后，备用；步骤2、以水为溶剂，加入二氧化钛和铁尾矿搅拌均匀后，加热至100
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110℃进行聚合，待其冷却至室温后进行超声、干燥、研磨得到混合物，备用；步骤3、将混合物在惰性气体气氛下、升温速率为3
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10℃/min，200
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1000℃下煅烧得到光催化材料。2.根据权利要求1所述的利用铁尾矿制备光催化材料的方法，其特征在于，步骤2中，二氧化钛、铁尾矿、水的比例为2
‑
8g:2
‑
8g:150mL。3.根据权利要求1所述的利用铁尾矿制备光催化材料的方法，其特征在于，步骤2中，加热时间为15
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯庆杰，李旭伟，孙波，刘奋武，
申请(专利权)人：山西农业大学，
类型：发明
国别省市：