一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法。
背景技术
现代工业的发展给人类带来巨大财富，但是也给环境带来了严重的污染。其中，水污染更为严重。随着我国纺织印染行业的快速发展，印染废水成为我国工业废水中重要的污染源之一，致使水资源严重恶化，严重危及人类的健康。近年来，我国印染废水的总排放量约为15亿吨/年。因此，如何提高废水的治理效率，并降低治理成本，已成为现代化发展的当务之急。
含钛高炉渣是钒钛磁铁矿在采用高炉-转炉冶炼提取铁、钒资源过程中产生的一种工业副产物。据统计，当前我国含钛高炉渣堆放量超过7000万吨，且每年以300～400万吨的堆积量增加。与普通高炉渣相比，含钛高炉渣中二氧化钛的含量约为10～24％。钛是我国重要的战略资源，含钛高炉渣是我国特有的人造二次钛资源。大量含钛高炉渣的堆积，不仅浪费宝贵的钛资源，而且占用大量土地。若处理不当，会严重污染环境、破坏生态平衡。如何低成本、高附加值的全组分综合利用含钛高炉渣是当务之急。
众所周知，二氧化钛具有优异的催化活性、无毒、化学稳定好等优点，在光催化处理染料废水领域得到了广泛的研究与应用。而含钛高炉渣中因含有约10～24％的二氧化钛，使其具有一定的光催化性能。因此，含钛高炉渣整体用作光催化材料成为高附加值、整体综合利用的一个研究热点。目前，常用的光催化剂有零维超细粉体、二维膜状或网状光催化材料及三维的气凝胶光催化材料。零维的光催化粉体虽然具有优异的光催化性能，但光催化降解后催化粉体分离回收困难，易造成二次污染；二维的膜状或网状光催化材料较零维粉体更易分离回收利用，但光催化能力有限；三维的气凝胶光催化材料，虽然是具有较多气孔的块体光催化材料，但其力学性能差，气孔结构脆弱，难以重复循环利用。因此，开发力学性能好、可重复循环利用的块体光催化材料是光催化领域的一个研究热点。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供了一种工艺简单、易于控制和成本低的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，采用该工艺制备的含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂具有孔隙率高、孔径小、光催化降解性能好、力学性能优异和产业化应用前景大。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将含钛高炉渣通过粉碎、振动磨、球磨和过筛制得含钛高炉渣粉体；
步骤二：将80～99.8wt％所述的含钛高炉渣粉体和0.2～20wt％含硼化合物粉体混合均匀，制得混合粉体；
步骤三：按稳泡剂:去离子水的质量比为(0.0005～0.01):1，将稳泡剂浸泡于去离子水中24～48h，搅拌制得溶液；
步骤四：按促凝剂:异丁烯-马来酸酐共聚物:混合粉体:去离子水的质量比为(0.005～0.05):(0.002～0.02):(1～4):1，将促凝剂、异丁烯-马来酸酐共聚物和混合粉体加入步骤三制得的溶液中，搅拌5～30min，制得硼掺杂含钛高炉渣浆料；
步骤五：按发泡剂:硼掺杂含钛高炉渣浆料的体积比为(0.004～0.02):1，向所述硼掺杂含钛高炉渣浆料中加入发泡剂，搅拌5～40min，制得泡沫浆料；
步骤六：将所述泡沫浆料注入模具中，在0～60℃条件下原位固化12～48小时，脱模，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体；
步骤七：将所述硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体在60～180℃干燥6～48h，然后在800～1400℃条件下煅烧l～6h，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂。
优选地，所述含钛高炉渣中二氧化钛含量≥10％。
优选地，所述含硼化合物为硼酸钠、硼酸钾、氧化硼、碳化硼、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种，硼酸钠、硼酸钾、氧化硼、碳化硼、硼氢化钠、硼氢化钾为工业纯或为分析纯。
优选地，所述稳泡剂为聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、明胶、聚丙烯酰胺中的一种，聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、明胶、聚丙烯酰胺为工业纯或为分析纯。
优选地，所述异丁烯-马来酸酐共聚物为工业纯。
优选地，所述促凝剂为乙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚中的一种，乙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚为工业纯或为分析纯。
优选地，所述发泡剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸三乙醇胺、工业发泡剂中的一种，十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸三乙醇胺、工业发泡剂为工业纯或为分析纯。
由于采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明对设备要求低，工艺简单、易于控制。
2、本发明所用主要原料含钛高炉渣为工业固废，价格低廉，以含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂降解染料废水，实现“以废治废、变废为宝”。
3、本发明所制备的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂，孔隙率高、孔径小、光催化效率高，力学性能优异，可重复循环利用。
因此，本发明具有工艺简单、易于控制和成本低；用该方法制备的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂孔隙率高、孔径小、光催化效率高，力学性能优异、可重复循环利用和应用前景大。
附图说明
图1为本发明制备的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的SEM图(低倍)；
图2为本发明制备的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂SEM图(高倍)。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
含钛高炉渣中二氧化钛含量≥10％。
稳泡剂为聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、明胶、聚丙烯酰胺中的一种，聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、明胶、聚丙烯酰胺为工业纯或为分析纯。
异丁烯-马来酸酐共聚物为工业纯。
发泡剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸三乙醇胺、工业发泡剂中的一种，十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸三乙醇胺、工业发泡剂为工业纯或为分析纯。
促凝剂为乙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚中的一种，乙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚为工业纯或为分析纯。
实施例1：
一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将含钛高炉渣通过粉碎、振动磨、球磨和过筛制得含钛高炉渣粉体；
步骤二：将80wt％所述的含钛高炉渣粉体和20wt％硼酸钾粉体混合均匀，制得混合粉体；
步骤三：按聚丙烯酸钠:去离子水的质量比为0.0005:1，将聚丙烯酸钠浸泡于去离子水中24h，搅拌制得溶液；
步骤四：按乙二醇二缩水甘油醚:异丁烯-马来酸酐共聚物:混合粉体:去离子水的质量比为0.025:0.02:1:1，将乙二醇二缩水甘油醚、异丁烯-马来酸酐共聚物和所述混合粉体加入所述溶液中，搅拌5min，制得硼掺杂含钛高炉渣浆料；
步骤五：按十二烷基二甲基苄基氯化铵:硼掺杂含钛高炉渣浆料的体积比为0.01:1，向所述硼掺杂含钛高炉渣浆料中加入十二烷基二甲基苄基氯化铵，搅拌15min，制得泡沫浆料；
步骤六：将所述泡沫浆料注入模具中，在60℃条件下原位固化12小时，脱模，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体；
步骤七：将所述硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体在100℃干燥25h，然后在800℃条件下煅烧6h，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂。
称取本实施例中的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂35g，置于100ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，并以输出功率为175W的汞灯作光源照射进行光催化降解，其6小时对亚甲基蓝溶液的降解率可达80％。
实施例2：
一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将含钛高炉渣通过粉碎、振动磨、球磨和过筛制得含钛高炉渣粉体；
步骤二：将85wt％所述的含钛高炉渣粉体和15wt％硼酸钠粉体混合均匀，制得混合粉体；
步骤三：按羧甲基纤维素钠:去离子水的质量比为0.01:1，将羧甲基纤维素钠浸泡于去离子水中30h，搅拌制得溶液；
步骤四：按聚乙二醇二缩水甘油醚:异丁烯-马来酸酐共聚物:混合粉体:去离子水的质量比为0.025:0.002:4:1，将聚乙二醇二缩水甘油醚、异丁烯-马来酸酐共聚物和所述混合粉体加入所述溶液中，搅拌5min，制得硼掺杂含钛高炉渣浆料；
步骤五：按十二烷基硫酸三乙醇胺:硼掺杂含钛高炉渣浆料的体积比为0.01:1，向所述硼掺杂含钛高炉渣浆料中加入十二烷基硫酸三乙醇胺，搅拌5min，制得泡沫浆料；
步骤六：将所述泡沫浆料注入模具中，在30℃条件下原位固化28小时，脱模，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体；
步骤七：将所述硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体在60℃干燥48h，然后在1000℃条件下煅烧5h，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂。
称取本实施例中的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂35g，置于100ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，并以输出功率为175W的汞灯作光源照射进行光催化降解，其6小时对亚甲基蓝溶液的降解率可达85.6％。
实施例3：
一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将含钛高炉渣通过粉碎、振动磨、球磨和过筛制得含钛高炉渣粉体；
步骤二：将90wt％所述的含钛高炉渣粉体和10wt％氧化硼粉体混合均匀，制得混合粉体；
步骤三：按明胶:去离子水的质量比为0.005:1，将明胶浸泡于去离子水中26h，搅拌制得溶液；
步骤四：按乙二醇二缩水甘油醚:异丁烯-马来酸酐共聚物:混合粉体:去离子水的质量比为0.035:0.02:1:1，将乙二醇二缩水甘油醚、异丁烯-马来酸酐共聚物和所述混合粉体加入所述溶液中，搅拌20min，制得硼掺杂含钛高炉渣浆料；
步骤五：按工业发泡剂:硼掺杂含钛高炉渣浆料的体积比为0.02:1，向所述硼掺杂含钛高炉渣浆料中加入工业发泡剂，搅拌20min，制得泡沫浆料；
步骤六：将所述泡沫浆料注入模具中，在20℃条件下原位固化36小时，脱模，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体；
步骤七：将所述硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体在150℃干燥10h，然后在1150℃条件下煅烧1h，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂。
称取本实施例中的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂35g，置于100ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，并以输出功率为175W的汞灯作光源照射进行光催化降解，其6小时对亚甲基蓝溶液的降解率可达89.5％。
实施例4：
一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将含钛高炉渣通过粉碎、振动磨、球磨和过筛制得含钛高炉渣粉体；
步骤二：将90wt％所述的含钛高炉渣粉体和10wt％碳化硼粉体混合均匀，制得混合粉体；
步骤三：按羧甲基纤维素钠:去离子水的质量比为0.008:1，将羧甲基纤维素钠浸泡于去离子水中35h，搅拌制得溶液；
步骤四：按乙二醇二缩水甘油醚:异丁烯-马来酸酐共聚物:混合粉体:去离子水的质量比为0.015:0.005:2.5:1，将乙二醇二缩水甘油醚、异丁烯-马来酸酐共聚物和所述混合粉体加入所述溶液中，搅拌30min，制得硼掺杂含钛高炉渣浆料；
步骤五：按十八烷基三甲基氯化铵:硼掺杂含钛高炉渣浆料的体积比为0.01:1，向所述硼掺杂含钛高炉渣浆料中加入十八烷基三甲基氯化铵，搅拌20min，制得泡沫浆料；
步骤六：将所述泡沫浆料注入模具中，在5℃条件下原位固化45小时，脱模，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体；
步骤七：将所述硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体在80℃干燥35h，然后在1200℃条件下煅烧4h，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂。
称取本实施例中的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂35g，置于100ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，并以输出功率为175W的汞灯作光源照射进行光催化降解，其6小时对亚甲基蓝溶液的降解率可达88％。
实施例5：
一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将含钛高炉渣通过粉碎、振动磨、球磨和过筛制得含钛高炉渣粉体；
步骤二：将95wt％所述的含钛高炉渣粉体和5wt％硼酸钠粉体混合均匀，制得混合粉体；
步骤三：按聚丙烯酰胺:去离子水的质量比为0.005:1，将聚丙烯酰胺浸泡于去离子水中24h，搅拌制得溶液；
步骤四：按己二醇二缩水甘油醚:异丁烯-马来酸酐共聚物:混合粉体:去离子水的质量比为0.025:0.01:2.5:1，将己二醇二缩水甘油醚、异丁烯-马来酸酐共聚物和所述混合粉体加入所述溶液中，搅拌30min，制得硼掺杂含钛高炉渣浆料；
步骤五：按十六烷基三甲基氯化铵:硼掺杂含钛高炉渣浆料的体积比为0.01:1，向所述硼掺杂含钛高炉渣浆料中加入十六烷基三甲基氯化铵，搅拌20min，制得泡沫浆料；
步骤六：将所述泡沫浆料注入模具中，在50℃条件下原位固化20小时，脱模，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体；
步骤七：将所述硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂坯体在130℃干燥20h，然后在1350℃条件下煅烧3h，制得硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂。
称取本实施例中的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂35g，置于100ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，并以输出功率为175W的汞灯作光源照射进行光催化降解，其6小时对亚甲基蓝溶液的降解率可达90％。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式对设备要求低，工艺简单、易于控制。
2、本具体实施方式所用主要原料含钛高炉渣为工业固废，价格低廉，以含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂降解染料废水，实现“以废治废、变废为宝”。
3、本具体实施方式所制备的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂，孔隙率高、孔径小、光催化效率高，力学性能优异，可重复循环利用。图1和图2为本具体实施方式中实施例5所制备的一种硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂的SEM图，从图1和图2可以看出，所制备的硼掺杂含钛高炉渣多孔陶瓷光催化剂气孔多、孔径小。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
