一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及选矿废水处理，尤其涉及一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、矿物浮选过程中会使用大量的捕收剂、起泡剂、抑制剂等选矿药剂，其中捕收剂以黄药用量最高。大部分黄药会进入浮选泡沫产品，但仍会有部分残留于选矿废水中。黄药本身具有毒性且有刺激性气味，不经处理外排会污染水资源；另一方面，黄药在废水中会自然降解成cs2等有机物，cs2易挥发，在空气转变为so2会污染大气环境。因此，对选矿废水中的黄药进行充分降解对环境具有重要的意义。

2、目前选矿废水残留黄药的降解技术大致可以分为六类：混凝沉淀法、生物法、过氧化氢法、fenton法、臭氧法和光催化法。近年来，光催化氧化技术因其经济、高效、操作方便、矿化程度高、无二次污染等特点在处理污水中有机废物时备受青睐，是一种可操作性强的“绿色”废水处理技术。用于光催化降黄药的催化剂有钨酸铋(bi2wo6)、碘氧化铋(bioi)、铁酸铋/硫铟锌(bi2fe4o9/znin2s4)等，对黄药有良好的降解效果。但由于光催化剂需要分散到废水中才能对黄药进行降解，当废水中的黄药分子完全降解或催化剂阶段性失活时需要将催化剂回收，经过再生处理后再次投入应用。细颗粒光催化剂很难经过有效的过滤或离心来回收，因此水体中残留大量催化剂，对水体造成严重的二次污染。由于催化剂的流失，再投入新鲜的催化剂液大大增加了废水处理的运行成本。因此，将催化剂与磁性材料复合以提高其可回收性，从而方便光催化剂的循环利用。

3、现有的磁性光催化剂的磁性载体以人工合成的铁氧体居多，这些材料虽然纯度较高，但合成步骤冗长、成本较高，不适用于工业化推广。因此，如何简化磁性载体的制备步骤成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂及其制备方法和应用，利用磁选精矿(γ-fe2o3)作为磁性材料负载到钨酸铋(bi2wo6)和碘氧化铋(bioi)上，从而赋予光催化剂磁性便于回收。为保证光催化剂的降解效率，γ-fe2o3还用sio2包覆，即制备基于以γ-fe2o3@sio2为磁性材料的γ-fe2o3@sio2/bi2wo6和γ-fe2o3@sio2/bioi两种光催化剂降解选矿废水残留黄药。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、1)磁选精矿球磨后分散至无水乙醇、水和氨水的混合液中，得到悬浮液1；

5、2)将正硅酸四乙酯和无水乙醇的混合液加入悬浮液1中，进行包覆，得到γ-fe2o3@sio2；

6、3)将光催化剂、溶剂、γ-fe2o3@sio2混合后得到赋磁的光催化剂；

7、所述光催化剂为钨酸铋或碘氧化铋；

8、当光催化剂为钨酸铋时，所述γ-fe2o3@sio2占钨酸铋用量的3～7％；

9、当光催化剂为碘氧化铋时，所述γ-fe2o3@sio2占碘氧化铋用量的5～20％。

10、可选地，所述磁选精矿中γ-fe2o3的含量≥90％；

11、所述球磨的速度为500～1000r/min；时间为60～120min；

12、所述磁选精矿球磨后的粒度为0.5～1μm。

13、可选地，所述无水乙醇、水和氨水的体积比为50～100:10～30:1；

14、所述磁选精矿与无水乙醇、水和氨水的混合液的用量比为0.4～0.6g:400～500ml。

15、可选地，所述正硅酸四乙酯和无水乙醇的体积比为1:20～30。

16、可选地，所述磁选精矿与正硅酸四乙酯的用量比为0.4～0.6g:0.5～1ml；

17、所述包覆的时间为10～15h。

18、可选地，所述溶剂包含甲醇或乙醇；

19、所述光催化剂和溶剂的用量比为0.1～0.5g:100ml。

20、可选地，所述混合的温度为30～40℃，时间为12～48h。

21、本发明还提供了上述的制备方法制备得到的磁选精矿赋磁的光催化剂，所述光催化剂为γ-fe2o3@sio2/bi2wo6或γ-fe2o3@sio2/bioi。

22、本发明还提供了上述的磁选精矿赋磁的光催化剂在降解选矿废水残留黄药中的应用。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、本发明通过简单的机械搅拌法在磁选精矿γ-fe2o3表面包覆一层二氧化硅(sio2)，得到γ-fe2o3@sio2，利用水热法合成钨酸铋和碘氧化铋，再利用机械搅拌法将γ-fe2o3@sio2负载到钨酸铋或碘氧化铋上，得到复合催化剂γ-fe2o3@sio2/bi2wo6或γ-fe2o3@sio2/bioi，该催化剂对黄药有良好的降解效果。在最佳条件下，γ-fe2o3@sio2/bi2wo6和γ-fe2o3@sio2/bioi对黄药的降解效率均能达到100％。与现有的光催化剂相比，本发明所涉及的两种磁性光催化剂降解效率高，可通过磁性回收，大大降低了运行成本，具有良好的应用前景。

25、本发明利用了天然的磁性赤铁矿γ-fe2o3，避免了人工合成步骤繁多、成本较高的问题，在磁性光催化剂领域具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述磁选精矿中γ-fe2o3的含量≥90％；

3.根据权利要求2所述的一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇、水和氨水的体积比为50～100:10～30:1；

4.根据权利要求1所述的一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述正硅酸四乙酯和无水乙醇的体积比为1:20～30。

5.根据权利要求2或4所述的一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述磁选精矿与正硅酸四乙酯的用量比为0.4～0.6g:0.5～1ml；

6.根据权利要求1所述的一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂包含甲醇或乙醇；

7.根据权利要求1所述的一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为30～40℃，时间为12～48h。

8.权利要求1～7任一项所述的通过磁选精矿赋磁的光催化剂的制备方法制备得到的磁选精矿赋磁的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂为γ-fe2o3@sio2/bi2wo6或γ-fe2o3@sio2/bioi。

9.权利要求8所述的磁选精矿赋磁的光催化剂在降解选矿废水残留黄药中的应用。

技术总结本发明涉及选矿废水处理技术领域，尤其涉及一种通过磁选精矿赋磁的光催化剂及其制备方法和应用。本发明将磁选精矿球磨后分散至无水乙醇、水和氨水的混合液中，得到悬浮液1；将正硅酸四乙酯和无水乙醇的混合液加入悬浮液1中，进行包覆，得到γ‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;；将光催化剂、溶剂、γ‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;混合后得到赋磁的光催化剂；所述光催化剂为钨酸铋或碘氧化铋。在最佳条件下，该光催化剂对黄药的降解效率均能达到100％，可通过磁性回收，大大降低了运行成本，具有良好的应用前景。本发明利用了天然的磁性赤铁矿γ‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，避免了人工合成步骤繁多、成本较高的问题，在磁性光催化剂领域具有广阔的应用前景。技术研发人员：俞和胜,刘波,刘嘉友,解洁威,左霜霜,郭志伟,柳梦婷,武丹诺,张婕受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17