一種具備高可見光活性的負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法
【專利摘要】一種具備高可見光活性的負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，其特點(diǎn)是使用TiO2溶膠制備過程產(chǎn)生的有機(jī)物作為碳源，經(jīng)過一定的熱處理過程即可獲得。本發(fā)明原料來源廣泛，操作簡單，成本較低，同時(shí)可以方便地負(fù)載于多種無機(jī)載體，在可見光下可以有效降解有機(jī)污染物。
【專利說明】一種具備高可見光活性的負(fù)載型Ti02光催化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及一種在可見光照射下對(duì)有機(jī)污染物具有高催化降解活性的負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，屬于環(huán)保領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]1972年日本科學(xué)家Fujishima和Honda關(guān)于納米二氧化鈦(TiO2)光催化分解水的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了納米半導(dǎo)體二氧化鈦光催化研究的新領(lǐng)域。1976年Garey等使用TiO2在紫外光照射下脫除多氯聯(lián)苯上的氯。1977年Frank和Bard利用TiO2在紫外光照射下降解氰化物。1983年P(guān)ruden和Ollis發(fā)現(xiàn)TiO2敏化體系中鹵化有機(jī)物(如三氯乙烯、二氯甲烷等)的光致礦化作用。從此人們清楚地認(rèn)識(shí)到了 TiO2對(duì)有機(jī)污染物的光催化降解功能，TiO2光催化技術(shù)在治理空氣污染和水質(zhì)凈化方面顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。然而TiO2的能帶間隙較寬(銳鈦礦型Ti02，Eg = 3.2eV)，只能對(duì)波長小于387 nm的紫外光響應(yīng)，而紫外光僅占到達(dá)地面太陽輻射能量的4?6%，但可見光占太陽輻射能量的45%，因此TiO2光催化劑對(duì)太陽光的利用率非常低。減小TiO2的禁帶寬度從而拓寬其在可見光下的催化性能是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)之一，大量的方法被研究者所應(yīng)用，如染料敏化、貴金屬沉積、離子(如Fe、Zn、Ca、C等)修飾、半導(dǎo)體復(fù)合改性等。近年來，研究者通過共軛聚合物的光譜吸收特性拓寬TiO2的光譜響應(yīng)范圍至可見光區(qū)，同時(shí)共軛聚合物與TiO2的導(dǎo)帶與價(jià)帶的電位差別可以提高光生電子和空穴的分離率，從而提高TiO2降解有機(jī)污染物的能力，拓寬TiO2光催化材料的使用范圍。這種方法所采用的共軛聚合物有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚芴等。但是這方面的研究大多采用已制備好的光催化TiO2粒子，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大分子單體的原位聚合或是使用共軛聚合物進(jìn)行包覆，制備工藝較為復(fù)雜。使用熱處理聚合物形成共軛聚合物的方法被用來修飾TiO2,該法使用聚合物溶液與TiO2溶膠復(fù)合后，得到復(fù)合材料，再熱處理而得到復(fù)合光催化材料，具有操作較為簡單，原料便宜等優(yōu)點(diǎn)。PVC，PVA等聚合物被用于制備此類材料，所制備的復(fù)合光催化材料對(duì)污染物在可見光下或是自然光下具有一定的光催化活性。但是此類材料仍然存在工藝較復(fù)雜，催化活性較低等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種簡潔的制備具有高可見光活性的負(fù)載型TiO2光催化材料。以TiO2溶膠制備過程中生成的有機(jī)物為碳源，經(jīng)過一定熱處理后生成積碳以敏化TiO2，賦予TiO2可見光活性；將TiO2溶膠負(fù)載于無機(jī)載體，再經(jīng)過一定的熱處理得到具有可見光活性的負(fù)載型TiO2光催化材料。本技術(shù)通過TiO2溶膠制備過程中產(chǎn)生的有機(jī)物為碳源對(duì)TiO2進(jìn)行敏化修飾,制備工藝簡單，同時(shí)方便負(fù)載于多種無機(jī)載體，方便光催化材料的循環(huán)使用。
[0004]本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明以外，均為重量分?jǐn)?shù):首先將鹽酸0.3飛份，蒸餾水50?200份加入到帶有溫度計(jì)、攪拌器和回流冷凝管的反應(yīng)釜中，升溫至5(T80°C，加入含有f 15份鈦酸正丁酯、2-20份無水乙醇和0.5飛份配合物的混合溶液，反應(yīng)0.5飛小時(shí)，得到半透明溶膠，進(jìn)一步于室溫陳化48小時(shí)得到泛藍(lán)透明的TiO2溶膠；再取20份TiO2溶膠于帶有溫度計(jì)和攪拌器反應(yīng)釜中，攪拌條件下將0-300份去離子水緩慢加入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為5-50°C，然后將無機(jī)載體表面轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中反應(yīng)2飛O分鐘，再在真空條件下，6(T13(TC烘干，最后將負(fù)載了催化劑的無機(jī)載體轉(zhuǎn)入惰性氣體保護(hù)下的馬弗爐，升溫至15(T350°C，焙燒0.1-5小時(shí)，得到負(fù)載型TiO2光催化材料。
[0005]所述配合物為乙酰丙酮，醋酸，磷酸氫鈉，硫酸鈉中的至少一種。
[0006]可用于負(fù)載的無機(jī)載體為陶瓷，硅膠，沸石，活性炭，金屬材料等。
[0007]在熱處理過程中用于保護(hù)的惰性氣體為氮?dú)?，氬氣，二氧化碳中的至少一種。
[0008]所述負(fù)載型TiO2光催化材料在可見光下能有效降解甲基橙、亞甲基藍(lán)、羅丹明B等有機(jī)污染物。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.所制備的負(fù)載型TiO2光催化材料在可見光下具備優(yōu)異的光催化活性，拓寬了二氧化鈦的光響應(yīng)范圍，提高了催化劑對(duì)太陽光能源的利用效率。
[0010]2.這種光催化材料可方便地負(fù)載在各種無機(jī)載體上，制備工藝簡單。
[0011]3.無需400°C以上的高溫處理即可得到在可見光下具備良好催化性能的TiO2光催化材料，節(jié)約能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為負(fù)載于堇青石表面的TiO2光催化材料在可見光(500W鹵鎢燈光源，420 nm紫外截止濾光片過濾)照射下光催化降解羅丹明B和甲基橙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明負(fù)載于堇青石表面的TiO2光催化材料對(duì)于有機(jī)污染物具有優(yōu)異的降解效果。
[0013]具體實(shí)施方法
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0014]實(shí)施例1:
首先將鹽酸I份，蒸餾水60份加入到帶有溫度計(jì)、攪拌器和回流冷凝管的反應(yīng)釜中，升溫至55°C，加入含有8份鈦酸正丁酯、5份無水乙醇和2份醋酸的混合溶液，反應(yīng)5小時(shí)，得到半透明溶膠，進(jìn)一步于室溫陳化48小時(shí)得到泛藍(lán)透明的TiO2溶膠；再取20份TiO2溶膠于帶有溫度計(jì)和攪拌器反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為5 °C，然后將無機(jī)載體表面轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中反應(yīng)10分鐘，再在真空條件下，70°C烘干，最后將負(fù)載了催化劑的無機(jī)載體轉(zhuǎn)入惰性氣體保護(hù)下的馬弗爐，升溫至200°C，焙燒3小時(shí)，得到負(fù)載型TiO2光催化材料。
[0015]實(shí)施例2:
首先將鹽酸5份，蒸餾水100份加入到帶有溫度計(jì)、攪拌器和回流冷凝管的反應(yīng)釜中，升溫至80°C，加入含有15份鈦酸正丁酯、15份無水乙醇和2份硫酸鈉的混合溶液，反應(yīng)2小時(shí)，得到半透明溶膠，進(jìn)一步于室溫陳化48小時(shí)得到泛藍(lán)透明的TiO2溶膠；再取20份TiO2溶膠于帶有溫度計(jì)和攪拌器反應(yīng)釜中，攪拌條件下將50份去離子水緩慢加入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為20 °C，然后將無機(jī)載體表面轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中反應(yīng)40分鐘，再在真空條件下，80°C烘干，最后將負(fù)載了催化劑的無機(jī)載體轉(zhuǎn)入惰性氣體保護(hù)下的馬弗爐，升溫至250°C，焙燒5小時(shí)，得到負(fù)載型TiO2光催化材料。
[0016] 實(shí)施例3:
首先將鹽酸3份，蒸餾水150份加入到帶有溫度計(jì)、攪拌器和回流冷凝管的反應(yīng)釜中，升溫至70°C，加入含有2份鈦酸正丁酯、20份無水乙醇和I份乙酰丙酮的混合溶液，反應(yīng)2小時(shí)，得到半透明溶膠，進(jìn)一步于室溫陳化48小時(shí)得到泛藍(lán)透明的TiO2溶膠；再取20份TiO2溶膠于帶有溫度計(jì)和攪拌器反應(yīng)釜中，攪拌條件下將100份去離子水緩慢加入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為40 °C，然后將無機(jī)載體表面轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中反應(yīng)30分鐘，再在真空條件下，110°C烘干，最后將負(fù)載了催化劑的無機(jī)載體轉(zhuǎn)入惰性氣體保護(hù)下的馬弗爐，升溫至300°C，焙燒I小時(shí)，得到負(fù)載型TiO2光催化材料。
【權(quán)利要求】
1.一種在可見光下具備高活性的負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，其特征在于:首先將鹽酸0.3飛份，蒸餾水50~200份加入到帶有溫度計(jì)、攪拌器和回流冷凝管的反應(yīng)釜中，升溫至5(T80°C，加入含有1~10份鈦酸正丁酯、2~20份無水乙醇和0.5飛份配合物的混合溶液，反應(yīng)0.5飛小時(shí)，得到半透明溶膠，進(jìn)一步于室溫陳化48小時(shí)得到泛藍(lán)透明的TiO2溶膠；再取20份TiO2溶膠于帶有溫度計(jì)和攪拌器的反應(yīng)釜中，攪拌條件下將0-300份去離子水緩慢加入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為5~5(TC，然后將無機(jī)載體表面轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中反應(yīng)1 60分鐘,再在真空條件下,6(Tl50°C烘干,最后將負(fù)載了催化劑的無機(jī)載體轉(zhuǎn)入惰性氣體保護(hù)下的馬弗爐，升溫至12(T350°C，焙燒0.5小時(shí)，得到負(fù)載型TiO2光催化材料。
2.如權(quán)利要求1所述負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，其特征在于:所使用配合物為乙酰丙酮，醋酸，磷酸氫鈉，硫酸鈉中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，其特征在于:可用于負(fù)載的無機(jī)載體為玻璃，陶瓷，硅膠，沸石，活性炭，金屬材料等。
4.如權(quán)利要求1所述負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，其特征在于:熱處理過程中用于保護(hù)的惰性氣體為氮?dú)?，氬氣，二氧化碳中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述負(fù)載型TiO2光催化材料及其制備方法，其特征在于:該光催化材料在可見光下能有效降解甲基橙、亞甲基藍(lán)、羅丹明B等有機(jī)污染物。
【文檔編號(hào)】B01J21/14GK103447019SQ201310433570
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】淡宜, 楊海剛, 江龍, 張錦, 宋遠(yuǎn)卿, 曹紹強(qiáng), 張見玲, 徐守斌 申請(qǐng)人:四川大學(xué)