一種高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，包括如下步驟：（1）分別稱取光催化劑原料、固化劑、成膜劑、分散劑，加入到成膜助劑中混合溶解，超聲波分散后得到光催化粉末懸浮漿液；（2）將負(fù)載載體浸泡于所述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散后，靜置；（3）將步驟（2）中負(fù)載載體置于80-120℃溫度內(nèi)成膜干燥；（4）將成膜干燥完畢的負(fù)載載體置于高溫200-800℃燒結(jié)2-8小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。本發(fā)明制備的高吸附負(fù)載型光催化劑分散均勻、光催化活性好、粘附性極佳，具有超強(qiáng)吸附作用。
【專利說明】一種高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化劑領(lǐng)域，特別涉及一種高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光催化劑是當(dāng)前最有矚目的高級氧化環(huán)保材料之一。目前光催化劑均以粉末狀或溶膠凝膠法制取的液體溶膠狀形態(tài)存在。當(dāng)這兩種形態(tài)的光催化劑使用在水處理；空氣凈化和不同領(lǐng)域的殺菌中時，會產(chǎn)生固/液、固/氣、甚至是固/固無法分離的難題。為此，光催化劑的固定化被認(rèn)為是解決這一難題的最有效措施。目前，國內(nèi)外的多個研宄探討了光催化劑的固定化方法，大多采用玻璃珠，玻璃板，光纖維，多孔硅膠和陶瓷膜等作為載體，研宄的焦點(diǎn)集中在光催化膜層的均勻性，透明度和負(fù)載牢固性等方面，通常應(yīng)用于水處理、室內(nèi)裝潢和建筑材料等。
[0003]作為空氣進(jìn)化過濾器使用的負(fù)載型光催化劑，在膜層的均勻性、負(fù)載牢固性、尤其是在氣體吸附性能等方面有較高的要求，而透明度則可以不作考核。
[0004]中國發(fā)明專利CN104084183A公開了 “一種粉末態(tài)光催化劑固定化方法”，所上述方法涉及在鋁板上固定二氧化鈦光催化劑的方法，是通過以下的步驟實(shí)現(xiàn)的:(A)將鋁板浸入鹽酸中，一段時間后鋁板表面氧化膜被清洗掉，裸露純鋁；(B)將鋁板從鹽酸中取出，用蒸餾水瞬間清洗掉鋁板表面的鹽酸；(C)將二氧化鈦粉末和水按照一定質(zhì)量比混合制成二氧化鈦粉末懸濁液；(D)將二氧化鈦粉末懸濁液涂布在鋁板表面；(E)在紫外光源照射下，在空氣中靜置；(F)將鋁板浸入水中，用紫外光源照射涂布在鋁板表面的二氧化鈦1-1Oh ； (G)重復(fù)2-5次步驟D-F，最后一次照射24h以上。本發(fā)明的特點(diǎn)是二氧化鈦粉末直接固化在鋁板上，固化強(qiáng)度明顯高于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以擴(kuò)展應(yīng)用到光電催化劑領(lǐng)域。該發(fā)明的技術(shù)方案中，因使用了鋁板作為基底材料，所制備的負(fù)載型光催化劑不適用于空氣凈化器的過濾器。此外，該技術(shù)方案中的固定化工藝，需要使用腐蝕性酸一鹽酸對基材表面進(jìn)行處理，并且，在光催化劑負(fù)載過程中，多次循環(huán)重復(fù)二氧化鈦粉末懸濁液的涂布和紫外光照射這兩個步驟，具有工藝繁瑣、制作時間長的嚴(yán)重缺陷。
[0005]中國發(fā)明專利CN1265939A公開了另一種“負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法”，所述方法是以天然礦物凹凸棒為載體，將二氧化鈦的懸漿溶液與載體混合攪拌，在80-120°C干燥后，經(jīng)550-650°C焙燒5_7小時，冷卻至室溫即得產(chǎn)品。
[0006]但是，采用該方法所獲得的負(fù)載型光催化劑，尺寸小，形狀不固定，光催化劑負(fù)載量小(最佳負(fù)載量只能所控制1_5%)，作為空氣凈化器的過濾器，其實(shí)用性不高，而且，該負(fù)載型光催化劑只驗(yàn)證了其水溶液的凈化性能，并未驗(yàn)證其是否具備有害氣體的吸附和分解能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明所要解決的問題是:如何高度分散光催化納米粉末，使光催化劑以超細(xì)納米微粒懸浮，并采用該光催化納米懸浮液制備高吸附性、高催化活性和高牢固度的負(fù)載型光催化劑。
[0008]通常光催化劑的比表面積越大，其催化活性越高，而光催化劑的使用量在一定范圍內(nèi)與其催化活性成正比。光催化劑原料如二氧化鈦超細(xì)納米顆粒間容易團(tuán)聚，從而降低其應(yīng)有的比表面積，影響光催化活性。因此，制作負(fù)載型光催化劑時，如果采用光催化粉末配制的漿液，必須充分分散光催化劑的納米顆粒，最大限度地復(fù)原其原有的比表面積。
[0009]因此，本發(fā)明人提出了如下技術(shù)方案:一種高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
(1)分別稱取光催化劑原料、固化劑、成膜劑、分散劑，加入到成膜助劑中混合溶解，超聲波分散后得到光催化粉末懸浮漿液，所述光催化劑原料優(yōu)選為納米粉末，其粒徑為5-100納米；
(2)將負(fù)載載體浸泡于所述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散后，靜置；
(3)將步驟(2)中負(fù)載載體置于80-120°C溫度內(nèi)成膜干燥，干燥時間優(yōu)選為1-8小時；
(4)將成膜干燥完畢的負(fù)載載體置于高溫200-800°C燒結(jié)2-8小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。
[0010]所述光催化劑原料為二氧化鈦、金屬改性二氧化鈦、非金屬改性二氧化鈦、三氧化鎢中任意一種或幾種，所述成膜劑為環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂中任意一種或幾種，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、聚丙烯酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中任意一種或幾種，所述固化劑為碳酸鈣，所述成膜助劑為乙醇、聚二乙醇、乙酸乙酯、異丙醇任意一種或幾種。
[0011]所述金屬改性二氧化鈦為利用鐵或銅改性的二氧化鈦，所述非金屬改性二氧化鈦為氮摻雜改性二氧化鈦或稀土改性二氧化鈦或硅改性二氧化鈦。
[0012]所述光催化粉末懸浮漿液中各組分的重量含量分別為，光催化劑原料為10-28%、固化劑為0.5-1.0%、成膜劑為8-30%，分散劑為0.2-2.5%，成膜助劑為40_80%。
[0013]所述步驟(I)中超聲波時間為30-90分鐘。
[0014]所述步驟(2)中超聲波時間為3-10分鐘，靜置時間為20-60分鐘。
[0015]所述步驟(3)中成膜干燥前先將泡沫陶瓷內(nèi)的漿液滴凈。
[0016]所述步驟(3)中成膜干燥溫度為100°C，時間為2小時。
[0017]所述步驟(4)中溫度為450°C，燒結(jié)時間為4小時。
[0018]所述負(fù)載載體為泡沫陶瓷、鈦/鎳金屬發(fā)泡體、無紡布、天然或人工沸石中任意一種或幾種。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
(1)本發(fā)明采用了有機(jī)成膜和無機(jī)固化強(qiáng)化相結(jié)合的鍍膜方法，得到高牢固度的鍍膜；
(2)本發(fā)明在在配制用于制作負(fù)載型光催化粉末懸浮漿液時，加入適量的分散劑和成膜助劑，使得載體上的光催化劑在燒結(jié)前干燥成膜時保持均勻；
(3)本發(fā)明將載體浸泡于光催化粉末懸浮漿液里，高溫?zé)Y(jié)，使光催化劑牢固的覆膜在載體的骨架上，同時，燒結(jié)促使成膜助劑徹底揮發(fā)；而且由于采用了成膜助劑和高溫?zé)Y(jié)工藝，促使成膜助劑在燒結(jié)時徹底揮發(fā)后，增加了光催化劑膜層內(nèi)部的超細(xì)微孔，大幅度地提升了負(fù)載型光催化劑的空氣吸附能力； (4)本發(fā)明能使負(fù)載型光催化劑的負(fù)載量達(dá)到10%以上，而且，在設(shè)定最佳性價(jià)比的條件下可任意調(diào)節(jié)光催化劑的負(fù)載量；
(5)本發(fā)明得到的負(fù)載型光催化劑薄膜高度均勻，不堵塞過濾氣孔，而且，粘附牢度尚;
(6)本發(fā)明得到的負(fù)載型光催化劑保持了原材料光催化納米粉末的強(qiáng)光催化活性；
(7)本發(fā)明由于采用了聚乙烯吡咯烷酮等作為分散劑，所得的負(fù)載型光催化劑具有較高的吸油性，能更好地吸附空氣中的油性污染氣溶膠，可通過光照催化氧化使其分解，進(jìn)一步提升了其使用在過濾器中的凈化空氣作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的負(fù)載型光催化劑在亞甲基藍(lán)水溶液的光催化降解數(shù)據(jù)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例1:
(1)分別稱取納米二氧化鈦、碳酸鈣、聚乙烯吡咯烷酮、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂，加入乙酸乙酯中混合溶解，其中按重量計(jì)算，混合溶液中納米二氧化鈦17.93%，碳酸鈣0.81%，環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂18.16%，乙酸乙酯61.10%，聚乙烯吡咯烷酮2.0%，超聲波分散60分鐘，得到光催化粉末懸浮漿液；
(2)將泡沫陶瓷浸泡于上述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散3-5分鐘后，靜置30分鐘；
(3)取出光催化粉末懸浮漿液中的泡沫陶瓷，待泡沫陶瓷孔徑內(nèi)的漿液滴凈后，將其置于100°C內(nèi)成膜干燥2小時；
(4)將干燥完畢的泡沫陶瓷置于高溫450°C燒結(jié)4小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。
[0023]實(shí)施例2:
(1)分別稱取納米三氧化鎢、碳酸鈣、十二烷基硫酸鈉、環(huán)氧樹脂，加入聚二乙醇混合溶解，其中按重量計(jì)算，混合溶液中三氧化鎢15.6%，碳酸鈣1.0%，環(huán)氧樹脂為20%，聚二乙醇61.40%，十二烷基硫酸鈉2.0%，超聲波分散90分鐘，得到光催化粉末懸浮漿液；
(2)將泡沫陶瓷浸泡于上述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散3-5分鐘后，靜置60分鐘；
(3)取出光催化粉末懸浮漿液中的泡沫陶瓷，，將其置于80°C內(nèi)成膜干燥2小時；
(4)將干燥完畢的泡沫陶瓷置于高溫800°C燒結(jié)2小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。
[0024]實(shí)施例3:
(I)分別稱取納米二氧化鈦、碳酸鈣、聚丙烯酸鈉、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂，加入乙酸乙酯混合溶解，其中按重量計(jì)算，混合溶液中納米二氧化鈦10.0%，碳酸鈣1.0%，環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂25.0%，乙酸乙酯62.0%，聚乙烯吡咯烷酮2.0%，超聲波分散30分鐘以上，得到光催化粉末懸浮漿液； (2)將鎳金屬發(fā)泡體浸泡于上述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散3-5分鐘后，靜置30分鐘；
(3)取出光催化粉末懸浮漿液中的鎳金屬發(fā)泡體，待鎳金屬發(fā)泡體孔徑內(nèi)的漿液滴凈后，將其置于120 °C內(nèi)成膜干燥2小時；
(4)將干燥完畢的鎳金屬發(fā)泡體置于高溫200°C燒結(jié)8小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。
[0025]實(shí)施例4:
(1)分別稱取納米氮摻雜改性二氧化鈦、碳酸鈣、脂肪酸聚乙二醇酯、有機(jī)硅樹脂，加入乙醇中混合溶解，其中按重量計(jì)算，混合溶液中納米氮摻雜改性二氧化鈦15.0%，碳酸鈣0.8%，有機(jī)硅樹脂10.0%，乙醇72.0%，脂肪酸聚乙二醇酯2.2%，超聲波分散30分鐘以上，得到光催化粉末懸浮漿液；
(2)將人工沸石浸泡于上述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散3-5分鐘后，靜置30分鐘；
(3)取出光催化粉末懸浮漿液中的人工沸石，待人工沸石孔徑內(nèi)的漿液滴凈后，將其置于100°C內(nèi)成膜干燥2小時；
(4)將干燥完畢的人工沸石置于高溫600°C燒結(jié)4小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。
[0026]實(shí)施例1-4制備的負(fù)載型光催化劑在載體上分散均勻，光催化活性好，粘附性極佳，具有超強(qiáng)吸附作用。下面對其各性能進(jìn)行分析。
[0027](I)空氣凈化性能以封閉式方法測試實(shí)施例1-3對乙醛污染氣體的分解性能。將實(shí)施例1-3制備的負(fù)載型光催化劑置于密封式容器中，通入乙醛氣體，使容器內(nèi)的乙醛氣體達(dá)到500ppm以上(實(shí)測值為:806.65ppm)，之后在1.0 土 0.1 mW/cm2的UV-A底下照射24小時，容器內(nèi)的乙醛濃度降至222.85ppm以下，光催化乙醛去除率達(dá)到81%以上，而黑暗條件下負(fù)載型光催化劑的乙醛去除率為O。
[0028](2)亞甲基藍(lán)染料的吸附性能和分解性能將實(shí)施例1制備的光催化劑浸泡于250ml、10%的亞甲基藍(lán)水溶液中僅2小時，可將溶液中87%以上的亞甲基藍(lán)染料成分吸附于光催化劑負(fù)載泡沫陶瓷的骨架表面，而無光催化負(fù)載的泡沫陶瓷僅吸附了 22%。之后在365納米波長的UV-A照射下，24小時后，連同水溶液中剩余的亞甲基藍(lán)染料成分一起，約96%的染料成分被光催化降解，如圖1所示。
[0029]綜上所述，盡管本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，上述實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)分別稱取光催化劑原料、固化劑、成膜劑、分散劑，加入到成膜助劑中混合溶解，超聲波分散后得到光催化粉末懸浮漿液； (2)將負(fù)載載體浸泡于所述光催化粉末懸浮漿液中，超聲波分散后，靜置； (3)將步驟(2)中負(fù)載載體置于80-120°C溫度內(nèi)成膜干燥； (4)將成膜干燥完畢的負(fù)載載體置于高溫200-800°C燒結(jié)2-8小時，自然冷卻后，得到高吸附負(fù)載型光催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述光催化劑原料為二氧化鈦、金屬改性二氧化鈦、非金屬改性二氧化鈦、三氧化鎢中任意一種或幾種，所述成膜劑為環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂中任意一種或幾種，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、聚丙烯酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中任意一種或幾種，所述固化劑為碳酸鈣，所述成膜助劑為乙醇、聚二乙醇、乙酸乙酯、異丙醇任意一種或幾種。
3.如權(quán)利要求2所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述金屬改性二氧化鈦為利用鐵或銅改性的二氧化鈦，所述非金屬改性二氧化鈦為氮摻雜改性二氧化鈦或稀土改性二氧化鈦或硅改性二氧化鈦。
4.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述光催化粉末懸浮漿液中各組分的重量含量分別為，光催化劑原料為10-28%、固化劑為0.5-1.0%、成膜劑為8-30%，分散劑為0.2-2.5%，成膜助劑為40-80%。
5.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟Cl)中超聲波時間為30-90分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中超聲波時間為3-10分鐘，靜置時間為20-60分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中成膜干燥前先將泡沫陶瓷內(nèi)的漿液滴凈。
8.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中成膜干燥溫度為100°C，時間為2小時。
9.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中溫度為450°C，燒結(jié)時間為4小時。
10.如權(quán)利要求1所述的高吸附負(fù)載型光催化劑的制備方法，其特征在于:所述負(fù)載載體為泡沫陶瓷、鈦/鎳金屬發(fā)泡體、無紡布、天然或人工沸石中任意一種或幾種。
【文檔編號】B01D53/86GK104475173SQ201410639249
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】姚燕燕 申請人:姚燕燕