Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO2材料的制备方法及应用

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

背景技术

在黄金冶炼行业，氰化物浸出金银-锌粉沉淀置换金银被广泛应用于从金属矿物中提取金。金银提取后的氰化贫液中往往含有铜、锌、铁等金属，当铜的质量浓度超过800mg/L时，金的浸出率大大降低，这就是工业上俗称的氰化贫液的“疲劳现象”。由于氰化物浓度高，直接排放会严重污染环境，危害人体健康。这部分氰化贫液需要处理。这些贫液的共同特点是高氰化物浓度和高毒性，以及氰与金属的络合，很难彻底治疗。氰化贫液的处理方法有溶剂萃取、生物降解、臭氧联合氧化和曝气生物滤池(BAF)工艺、电凝、沉淀、细菌降解。有些方法不能完全降解氰化物，且容易造成二次污染，有些成本高。光催化可以完全降解含氰废水中的氰化物，催化氧化降解氰化物逐渐成为含氰废水处理的研究热点。TiO

中国专利CN 107138161A公开一种掺杂黑色二氧化钛的制备方法，步骤一：将二氧化钛前驱体加入去离子水中进行水解，充分洗涤后干燥得到非晶氧化钛；步骤二：将非晶氧化钛与掺杂元素的前驱体充分混合均匀，置于气氛炉或真空炉中进行退火，掺杂元素与TiO

中国专利CN 107486229A公开一种介孔表面缺陷Mn-N-TiO

上述专利所用锰源均是无机锰，无机锰在后续焙烧时会产生大量的杂质，极难处理。而且，在锰掺杂过程中Mn

目前，亟需提供一种不含有其它杂质且催化性能高的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

发明内容

本发明的目的是提供一种Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

本发明所述的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

所述的无水乙醇、钛酸丁酯与去离子水的体积比为100-200：20-50：30-50。

所述的调节pH值是通过加入硝酸溶液调节pH值，硝酸溶液的浓度为2mol·L

所述的氮源为二乙醇胺。

所述的锰源为乙酰丙酮锰(II)。

所述的钛酸丁酯与氮源的摩尔比为100-5：1。

所述的钛酸丁酯与锰源的摩尔比为2000-50：1。

所述的钛酸丁酯与高硅沸石的配比为20-50：1-2，其中，钛酸丁酯以mL计，高硅沸石以g计。

所述的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

本发明所述的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

(1)将无水乙醇和钛酸丁酯混合，调节pH值至4-5，搅拌，加入去离子水继续搅拌；

(2)再加入氮源和锰源后继续搅拌，得到溶胶；

(3)在溶胶中加入高硅沸石，搅拌，得到Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

(4)将Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

步骤(1)中所述的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为5-15min。

步骤(1)中所述的去离子水的滴加速度为0.005mL/S。

步骤(1)中所述的加入去离子水过程中持续搅拌0.5-1.5h；去离子水加入完毕后继续搅拌0.5-1h，搅拌速度为400r/min。

步骤(2)中所述的继续搅拌时间为0.5-1.5h。

步骤(3)中所述的搅拌时间为3-5h。

步骤(4)中所述的烘干温度为80-120℃。

步骤(4)中所述的热处理温度为400-600℃。

步骤(4)中所述的筛分过270-335目筛。

采用本发明所述的制备方法得到的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

将Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

所述的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

所述的高压汞灯额定功率为125-250W。

所述的在不透光条件下搅拌速度为200-300r/min，搅拌时间为3-5h。

所述的在高压汞灯照射下搅拌时间为1-3h。

所述的氰化贫液中总氰含量60-100mg/L，铁含量为20-30mg/L，铜含量为20-30mg/L，锌含量为10-20mg/L，氰化贫液用量为100mL。

采用本发明所述的制备方法得到的Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

将氰化贫液放入烧杯中，Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

所述的高压汞灯置于烧杯上方10-20cm。

本发明的原理如下：

TiO

Mn、N共掺杂的协同效应来源于以下几个方面：

(1)Mn离子的掺杂有利于N掺杂浓度的增加和间质N的形成；

(2)O2p价带上方的N2p价带的中间间隙能态使TiO

(3)Mn、N共掺杂会形成新的电子态与TiO

光照射下O2p和N2p带产生的电子和空穴分别被俘获中心Mn

本发明的有益效果如下：

氰化贫液中铁与氰根形成很强的配位键，铁氰络离子[Fe(CN)

本发明提高了氰化贫液中氰根和重金属离子脱除效果，用无水乙醇为溶剂，钛酸丁酯、二乙醇胺、乙酰丙酮锰(II)被用作钛、氮和锰源，采用溶胶-凝胶法制备了Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

附图说明

图1是本发明催化原理图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

(1)Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

将无水乙醇110mL和钛酸丁酯20mL混合，加入硝酸溶液调节pH值到4.5，硝酸溶液浓度为2mol·L

(2)氰化贫液的处理

氰化贫液中总氰含量60mg/L，铁含量为20mg/L，铜含量为22mg/L，锌含量为14mg/L，氰化贫液用量为100mL，取0.3g上述Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

实施例2

(1)Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

将无水乙醇200mL和钛酸丁酯50mL混合，加入硝酸溶液调节pH值到4.5，硝酸溶液浓度为2mol·L

(2)氰化贫液的处理

氰化贫液中总氰含量100mg/L，铁含量为30mg/L，铜含量为30mg/L，锌含量为20mg/L，氰化贫液用量为100mL，取0.35g上述Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

实施例3

(1)Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

将无水乙醇100mL和钛酸丁酯20mL混合，加入硝酸溶液调节pH值到4.7，硝酸溶液浓度为2mol·L

(2)氰化贫液的处理

氰化贫液中总氰含量60mg/L，铁含量为20mg/L，铜含量为24mg/L，锌含量为15mg/L，氰化贫液用量为100mL，取0.2g上述Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

实施例4

(1)Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

将无水乙醇150mL和钛酸丁酯25mL混合，加入硝酸溶液调节pH值到5，硝酸溶液浓度为2mol·L

(2)氰化贫液的处理

氰化贫液中总氰含量65mg/L，铁含量为25mg/L，铜含量为24mg/L，锌含量为18mg/L，氰化贫液用量为100mL，取0.25g上述Mn、N共掺杂的硅基纳米TiO

对比例1

在制备硅基纳米二氧化钛材料时不掺杂Mn、N，其它步骤与实施例1相同。其中，制得的硅基纳米二氧化钛的比表面积为126.04m