本發(fā)明涉及環(huán)境化工光催化固體廢棄物處理技術領域，特別涉及可見光處理常見細菌污染建筑材料領域，具體是一種可見光響應的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備方法。

背景技術：

功能材料、信息技術和生物技術是21世紀社會經濟發(fā)展的三個支柱，光催化材料作為一類重要的功能材料，具有廣闊的應用前景。由于tio2光催化活性高、化學穩(wěn)定性好、價廉無毒、壽命長、可重復利用而被公認為是最具應用前景的光催化劑。但tio2較寬的能隙(3.2ev)決定了其只能吸收紫外光波(僅占太陽光6％左右)。含鈦高爐渣是冶煉生鐵過程中從高爐中排出的副產品，是我國現階段主要的冶煉廢渣之一。隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，含鈦高爐渣的堆積量日益增大，不僅對環(huán)境造成了嚴重污染，也是一種資源的嚴重浪費，對含鈦高爐渣進行綜合利用，已刻不容緩。就攀鋼而言，每年排放約300多萬噸的含鈦高爐渣，至今已累計排放5000多萬噸，既浪費了鈦資源，又污染了環(huán)境。傳統(tǒng)的再利用過程是將含鈦高爐渣作為建筑材料，或者作為制取鈦的原料。將含鈦高爐渣像普通高爐渣一樣處理，作為水泥或混凝土的組份材料，雖然可以處理大量的高爐渣，卻對渣中tio2有巨大浪費；且礦渣中的tio2含量大于10％時，將明顯地降低水泥強度。作為制取鈦的原料時，tio2的品位又太低，所應用的工藝繁瑣，導致成本過高，難以立項投產，而且易造成二次污染。為了充分利用含鈦高爐渣中的鈦資源，降低含鈦高爐渣對環(huán)境污染的影響，首先提出了將含鈦高爐渣整體作為光催化材料的思想，進行了大量的研究，并取得了一定效果。用含鈦高爐渣代替純tio2作為光催化材料，研究含鈦高爐渣的光催化性能，并將其整體應用于光催化材料，是合理利用中間產品，不但可以降低光催化材料的成本和消除生產過程中對環(huán)境造成污染的有效途徑；而且也是對含鈦高爐礦渣的完全利用，對環(huán)境也不會造成二次污染，達到以廢治廢的目的。

大量研究表明含鈦高爐渣中含有一定量的其他金屬和非金屬離子，這些離子對tio2的光催化作用有一定的促進作用，并向tio2中摻雜dy離子可擴展其對光的響應范圍。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種簡單、易于操作、催化活性高的鈣鈦礦型結構的含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備工藝。

本發(fā)明為實現此目的，采取的技術方案如下：

一種可見光響應的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備方法，制備步驟包括：

步驟1：將大塊攀鋼含鈦高爐礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將步驟1得到的微粒放入球磨罐球磨56～65h；

步驟3：將0.01-0.1g的ceo2與1.9-2.0g步驟2所得物料在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將樣品在氧化氣氛和常壓下于790～800℃煅燒，保溫1.5～2h，然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到鈰摻雜含鈦高爐渣光催化抗菌材料，該催化劑直徑約為2～3μm。

其中，步驟2所述的原料球磨時間為60h。

其中，步驟3所述的ceo2質量為0.02-0.1g。

其中，步驟5所述的反應溫度為800℃。

其中，步驟5所述的保溫時間為2h。

與現有技術相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點：

(1)高溫固相法合成了鈣鈦礦型結構的鏑摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料；

(2)合成的材料具有很好的可見光催化活性和抗菌性能，在可見光照射下，對金黃色葡萄球菌(atcc6538)的殺菌率可達到90％；

(3)合成過程操作容易，產物產率高，重復性好，符合實際生產的需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制備的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的sem圖；

圖2為正交實驗1～5催化劑bfstc樣品的uv-vis漫反射譜圖；

圖3為正交實驗6～9催化劑bfstc樣品的uv-vis漫反射譜圖；

圖2中，1-5的樣品分別為表1中實驗1至實驗5五種條件下制備得到的bfstc材料；

圖3中，6-9的樣品分別為表1中實驗6至實驗9四種條件下制備得到的bfstc材料。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

鈰鏑摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備步驟為：

步驟1：先將大塊礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將獲得的含鈦高爐渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒徑可達到幾微米；

步驟3：將0.02g的ceo2與球磨過的高爐渣1.98g在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將步驟4的產物放置在剛玉坩堝中，在氧化氣氛和常壓下于800℃煅燒2h；然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到白色的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料，該材料為鈣鈦礦型結構的微米粉體，直徑約為2μm。

圖1為本發(fā)明實施例1制備的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的sem圖，從圖中可以看出所制備的材料為顆粒狀，平均粒徑在2～3μm。

實施例2

鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備步驟為：

步驟1：先將大塊礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將獲得的含鈦高爐渣微粒放入球磨罐球磨56h，粒徑可達到幾微米；

步驟3：將0.06g的ceo2與球磨過的高爐渣1.94g在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將步驟4的產物放置在剛玉坩堝中，在氧化氣氛和常壓下于790℃煅燒2h；然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到白色的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料，該材料為鈣鈦礦型結構的微米粉體，直徑約為2μm。

實施例3

鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備步驟為：

步驟1：先將大塊礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將獲得的含鈦高爐渣微粒放入球磨罐球磨65h，粒徑可達到幾微米；

步驟3：將0.1g的ceo2與球磨過的高爐渣1.9g在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將步驟4的產物放置在剛玉坩堝中，在氧化氣氛和常壓下于800℃煅燒1.5h；然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到白色的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料，該材料為鈣鈦礦型結構的微米粉體，直徑約為2μm。

實施例4

鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備步驟為：

步驟1：先將大塊礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將獲得的含鈦高爐渣微粒放入球磨罐球磨58h，粒徑可達到幾微米；

步驟3：將0.1g的ceo2與球磨過的高爐渣1.9g在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將步驟4的產物放置在剛玉坩堝中，在氧化氣氛和常壓下于790℃煅燒2h；然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到白色的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料，該材料為鈣鈦礦型結構的微米粉體，直徑約為2μm。

實施例5

鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備步驟為：

步驟1：先將大塊礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將獲得的含鈦高爐渣微粒放入球磨罐球磨62h，粒徑可達到幾微米；

步驟3：將0.1g的ceo2與球磨過的高爐渣1.9g在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將步驟4的產物放置在剛玉坩堝中，在氧化氣氛和常壓下于800℃煅燒2h；然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到白色的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料，該材料為鈣鈦礦型結構的微米粉體，直徑約為2μm。

實施例6

鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料的制備步驟為：

步驟1：先將大塊礦渣單獨破碎，通過2～3級破碎得到直徑1mm左右的微粒；

步驟2：將獲得的含鈦高爐渣微粒放入球磨罐球磨60h，粒徑可達到幾微米；

步驟3：將0.1g的ceo2與球磨過的高爐渣1.9g在瑪瑙研缽中混合均勻；

步驟4：將步驟3中產物用直徑為12mm的模具在10mpa的壓力下單向加壓成型；

步驟5：將步驟4的產物放置在剛玉坩堝中，在氧化氣氛和常壓下于800℃煅燒2h；然后隨爐溫自然冷卻到室溫，即得到白色的鈰摻雜含鈦高爐渣的光催化抗菌材料，該材料為鈣鈦礦型結構的微米粉體，直徑約為2μm。

抗菌粉體在紫外-可見光范圍的光吸收性能良好；摻鈰5％，煅燒溫度為800℃保溫2h條件下對金黃色葡萄球菌(atcc6538)的抗菌性能最佳。

不同條件下制備的鈰摻雜含鈦高爐渣光催化材料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌做了一個抗菌正交實驗，實驗結果如表1所示：

表1不同bfstc材料抗菌正交實驗結果

表1為正交實驗結果，從表中極差數據分析可知摻鈰質量分數、煅燒溫度、保溫時間、菌種這四種因素對bfstc抗菌性能影響的作用從大到小的順序為：菌種>溫度>時間>ce質量分數；從正交表均值數據可以得出抗菌性能最好的條件組合為a3b2c2d2，即當bfstc粉體的鈰摻雜量為5％，合成條件為800℃保溫2h時，制備的材料對金黃色葡萄球菌(atcc6538)的抗菌性最好。

圖2為正交實驗1～5催化劑bfstc樣品的uv-vis漫反射譜圖，圖3為正交實驗6～9催化劑bfstc樣品的uv-vis漫反射譜圖，圖中1-9的樣品分別為表1中9種條件下制備得到的bfstc材料。

分別對正交實驗1～9中bfstc九種樣品粉體作漫反射吸收分析，測試結果見圖2和圖3。從圖中可以看出摻鈰后bfstc粉體在200～700nm間的光都有不同程度的吸收，這大大擴展了bfst(僅在200～400nm波段吸光)的光響應范圍。圖2中實驗2、5的bfstc催化劑的光吸收邊在可見光區(qū)的延伸范圍較大，紅移程度最明顯；圖3中7、9的bfstc催化劑的光吸收邊在可見光區(qū)的延伸范圍較大，紅移程度明顯。