本发明涉及一种用于污水处理技术领域，具体的涉及一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法，可将TiO2光催化剂固定于水凝胶中，以解决粉末状催化剂分离回收后再利用困难的问题。
背景技术：
二氧化钛作为一种宽禁带半导体，因其作为光催化剂所具有的高活性、安全、廉价、无污染等优点，是极具开发前途的绿色环保催化剂之一。广泛用于大气、水环境污染物降解、抗菌、除臭和自清洁等领域。在水处理的应用方面，早期研究中大都将二氧化钛粉末直接加入污水中组成悬浮液体系，但是悬浮液体系后续的分离与回收存在很大问题，要将催化剂颗粒从流动相中分离出来通常要经过絮凝、过滤等步骤，处理过程繁杂增加了运行的成本，而分离不完全又会造成二次污染，从而限制了其在实际场景中的应用。而将粉末状的纳米TiO2光催化剂负载于某种载体之上将其固定，则能较好的解决此问题。
因此，TiO2固定化技术是能够使其得到广泛应用的最有效的途径，目前人们对于TiO2负载处理技术的研究也越来越多。所用的载体有玻璃、金属板、玻璃纤维、沸石、二氧化硅以及活性炭等等。寻找好的载体材料并对其进行固定化，对于最终的催化效果的影响也是非常显著的。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法，制备出能够快速分离回收的载体固定化的二氧化钛光催化剂。
为实现以上目的，本发明提供一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)、将钛酸酯和无水乙醇混合并搅拌均匀，得到混合液；
步骤(2)、在磁力搅拌下，将去离子水与无水乙醇的混合溶液逐滴滴入到步骤(1)得到的混合液中；
步骤(3)、待步骤(2)反应形成溶胶后于室温下陈化，使其形成凝胶，再将其置于烘箱中陈化；
步骤(4)、将步骤(3)陈化后所得的产物研磨成粉末，并于马弗炉中焙烧，得到TiO2光催化剂；
步骤(5)、称取海藻酸钠粉末溶解于去离子水中，并且搅拌至其均匀；
步骤(6)、取上述溶胶-凝胶法制备的TiO2光催化剂，加入到步骤(5)得到的海藻酸钠溶液中继续搅拌，使其混合均匀；
步骤(7)、将步骤(6)得到的混合液，逐滴滴入氯化钙溶液中，使其形成球形的整体型催化剂，即水凝胶固定化TiO2光催化剂。
优选地，步骤(1)中，所述的钛酸酯和无水乙醇的体积比例为1：2～3。所述钛酸酯优选为钛酸异丙酯或钛酸四丁酯。
优选地，步骤(2)中，所述的去离子水与无水乙醇的体积比例为1：1～2。
优选地，步骤(2)中，所述的逐滴滴入的滴速为2～3滴/秒。
优选地，步骤(3)中，所述的室温下陈化的时间为12h。
优选地，步骤(3)中，所述的烘箱温度为60℃；所述的烘箱中陈化的时间为24h。
优选地，步骤(4)中，所述的焙烧温度为350～400℃，焙烧时间为4～5h，升温速度为1～2℃/秒。
优选地，步骤(5)中，所述的搅拌的时间为2h。
优选地，步骤(6)中，所述的搅拌的时间为1h。
优选地，步骤(7)中，所述的氯化钙溶液质量分数为10％～15％，在逐滴滴加混合液的过程中可以控制滴速及高度，使小球形状均一、大小适中。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明提出的海藻酸钠水凝胶固定化方法能够解决粉末状TiO2光催化剂在悬浮液中分离和回收困难的问题；
(2)本发明提出的海藻酸钠水凝胶固定化方法可以防止在光催化过程中由于分离不完全造成的二次污染的问题；
(3)本发明用海藻酸钠水凝胶来作为催化剂固定化载体的技术不仅可以用于纳米TiO2光催化剂，还可用于其他粉末状的催化剂的固定化处理。
(4)本发明工艺简单，对设备要求较低，制备的整体型二氧化钛光催化剂在紫外光条件下表现出较强的催化活性。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明下述实施例中所得到的固定化的TiO2光催化剂的性能评价在石英玻璃管中进行，评价物为10mg/L罗丹明B染料溶液，球形水凝胶负载催化剂的填充率为20％(体积分数)，该体系在暗处搅拌30min。然后将该体系暴露于500W的汞灯灯下进行光催化降解120min后，该体系以8000rpm为转速，离心5min。利用分光光度计测定上清液中罗丹明B的浓度，计算得出固定化的TiO2光催化剂对罗丹明B的降解率。
实施例1
本实施例提供一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法：
首先将钛酸酯(钛酸异丙酯或钛酸四丁酯)和无水乙醇混合并搅拌均匀，钛酸酯和无水乙醇的体积比例为1:2。
将去离子水与无水乙醇的体积比例为1：1.5的混合溶液逐滴滴入酞酸酯乙醇溶液中，滴速为2～3滴/秒。
室温下陈化12h后再于60℃烘箱中陈化24h。
将陈化后所得的产物研磨成粉末，并于马弗炉中400℃下焙烧4h，升温速度为1℃/秒，得到TiO2光催化剂；
称取2g该TiO2光催化剂均匀分散在含有1.5g的海藻酸钠粉末、50ml去离子水的海藻酸钠水溶液中。
用塑料吸管吸取上述混合液，逐滴滴入质量分数为10％的氯化钙溶液中，使其形成球形的整体型催化剂。
将制得的整体型TiO2光催化剂的样品用前述实验条件进行催化性能评价，测得其对罗丹明B的降解率为83.1％。
实施例2
本实施例提供一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法：
首先将钛酸酯(钛酸异丙酯或钛酸四丁酯)和无水乙醇混合并搅拌均匀，钛酸酯和无水乙醇的体积比例为1:2。
将去离子水与无水乙醇的体积比例为1：1.5的混合溶液逐滴滴入酞酸酯乙醇溶液中，滴速为2～3滴/秒。
室温下陈化12h后再于60℃烘箱中陈化24h。
将陈化后所得的产物研磨成粉末，并于马弗炉中400℃下焙烧4h，升温速度为1℃/秒，得到TiO2光催化剂。
称取4g该TiO2光催化剂均匀分散在含有1.5g的海藻酸钠粉末、50ml去离子水的海藻酸钠水溶液中。
用塑料吸管吸取上述混合液，逐滴滴入质量分数为10％的氯化钙溶液中，使其形成球形的整体型催化剂。
将制得的整体型TiO2光催化剂的样品用前述实验条件进行催化性能评价，测得其对罗丹明B的降解率为85.2％。
实施例3
本实施例提供一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法：
首先将钛酸酯(钛酸异丙酯或钛酸四丁酯)和无水乙醇混合并搅拌均匀，钛酸酯和无水乙醇的体积比例为1:2。
将去离子水与无水乙醇的体积比例为1：1.5的混合溶液逐滴滴入酞酸酯乙醇溶液中，滴速为2～3滴/秒。
室温下陈化12h后再于60℃烘箱中陈化24h。
将陈化后所得的产物研磨成粉末，并于马弗炉中400℃下焙烧4h，升温速度为1℃/秒，得到TiO2光催化剂。
称取6g该TiO2光催化剂均匀分散在含有1.5g的海藻酸钠粉末、50ml去离子水的海藻酸钠水溶液中。
用塑料吸管吸取上述混合液，逐滴滴入质量分数为10％的氯化钙溶液中，使其形成球形的整体型催化剂。
将制得的整体型TiO2光催化剂的样品用前述实验条件进行催化性能评价，测得其对罗丹明B的降解率为93.3％。
实施例4
本实施例提供一种水凝胶固定化TiO2光催化剂的制备方法：
首先将钛酸酯(钛酸异丙酯或钛酸四丁酯)和无水乙醇混合并搅拌均匀，钛酸酯和无水乙醇的体积比例为1:2。
将去离子水与无水乙醇的体积比例为1：1.5的混合溶液逐滴滴入酞酸酯乙醇溶液中，滴速为2～3滴/秒。
室温下陈化12h后再于60℃烘箱中陈化24h。
将陈化后所得的产物研磨成粉末，并于马弗炉中400℃下焙烧4h，升温速度为1℃/秒，得到TiO2光催化剂。
称取8g该TiO2光催化剂均匀分散在含有1.5g的海藻酸钠粉末、50ml去离子水的海藻酸钠水溶液中。
用塑料吸管吸取上述混合液，逐滴滴入质量分数为10％的氯化钙溶液中，使其形成球形的整体型催化剂。
将制得的整体型TiO2光催化剂的样品用前述实验条件进行催化性能评价，测得其对罗丹明B的降解率为95.2％。
本实施例所述的制备方法所采用的工艺简单，对设备要求较低，制备的整体型二氧化钛光催化剂在紫外光条件下表现出较强的催化活性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。