本發(fā)明涉及一種表面負載光催化活性層的輕質(zhì)泡沫陶瓷復合材料，尤其涉及一種適用于水體中有機污染物光催化降解的輕質(zhì)泡沫陶瓷復合材料。

背景技術(shù)：
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染料廢液必須得到有效處理，否則排放的染料污染物會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害([1]王侃，陳英旭，葉芬霞.SiO₂負載的TiO₂光催化劑可見光催化降解染料污染物[J].催化學報,2004,25(12):931-936.)。二氧化鈦可以催化降解有機物，可望應用于染料污水的降解([2]Zhang Weijin,He Yunqiu,Qi Qiang.Preparation of porous TiO₂ filmof photocatalyst by microemulsion templating[J].Journal of Functional Materials,2005,10(36):1590-1593.[3]張平，莫尊理，張春，等.磁響應性TiO₂/石墨烯納米復合材料的合成及光催化性能[J].材料工程,2015,43(3):72-77.)。目前納米TiO₂的應用主要有兩種形式：懸浮相型和負載型。懸浮相型是以懸浮的TiO₂粉末為催化劑進行光催化降解，但這種懸浮體在水中易凝聚失去活性，尤其是使用后的粉末狀催化劑不易回收，造成二次污染([4]Zhao Cui hua,Chen Jianhua,Shan Zhi qiang.An experimental study of effects of different substrateson photocatalytic activity of loaded TiO ₂thin films[J].Industrial Water&Wastewater,2004,35(3):15-16.[5]Tian H,Ma J F,Li K,et al.Hydrothermal synthesis of S-doped TiO₂ nanoparticles and their photocatalytic ability for degradation of methyl orange[J].Ceramics International,2009,35(3):1289-1292.]。因此，后來的光催化氧化重點轉(zhuǎn)移到二氧化鈦的固定化技術(shù)和制備膜的研究上，即負載型催化氧化法([6]H.Zhang,R.L.Zong,J.C.Zhao and Y.F.Zhu.Dramatic visible photocatalytic degradation performances due to synergetic effect of TiO₂ with PANI[J].Environment Science&Technology,2008,42(10):3803–3807.[7]Sun Zhi bo,Yin Yi dong,Fan Nai ying,et al.Study on preparation of loaded TiO₂ and its photocatalytic performances for NO₂[J].Journal of Functional Materials,2014,45(S):99-103.]。所采用的載體有玻璃、鈦板、玻璃纖維、沸石、硅膠等，負載法的固定化技術(shù)一般采用二氧化鈦粉末的直接浸涂和溶膠-凝膠浸漬提拉成膜兩大類([6]H.Zhang,R.L.Zong,J.C.Zhao and Y.F.Zhu.Dramatic visible photocatalytic degradation performances due to synergetic effect of TiO₂ with PANI[J].Environment Science&Technol ogy,2008,42(10):3803–3807.[8]Zheng Shukai,Wu Guohao,Zhang Junying,et al.Energy band structure and photocatalytic activityof Sn-doped TiO₂ thin film[J].Journal of Materials Engineering,2014,42(1):70-74.[9]Tao Liqin,Zhao Yi xia,Kang Wei min,et al.Preparation of titanium dioxide loaded on polytetrafluoroethylene superfine-fiber andits photocatalytic performance[J].Journal of the Chinese Cerami c Society,2016,44(1):89-94.]。已有的負載方法雖然具有一定效果，但是載體結(jié)構(gòu)性能不夠理想，負載系統(tǒng)比表面小，催化活性明顯低于懸浮體法([8]Zheng Shukai,Wu Guohao,Zhang Junying,et al.Energy band structure and photocatalytic activityof Sn-doped TiO₂ thin film[J].Journal of Materials Engineering,2014,42(1):70-74.]。因此，目前二氧化鈦光催化氧化污水處理技術(shù)向工業(yè)化應用的關(guān)鍵點仍然集中在固定TiO₂納米結(jié)構(gòu)的載體選擇和有效的固定技術(shù)上。

本發(fā)明采用無毒無害的天然沸石為主要原料制備多孔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)泡沫陶瓷，通過其負載光催化活性層的方法，獲得便于回收、不易產(chǎn)生二次污染并對水體中有機污染物能夠有效進行光催化降解的新型光催化復合材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種表面負載光催化活性層的泡沫陶瓷復合材料，特別是一種表面負載二氧化鈦光催化活性層的輕質(zhì)泡沫陶瓷復合材料。制備方法采用溶膠-凝膠工藝：首先將輕質(zhì)泡沫陶瓷置于二氧化鈦溶膠中浸漬，干燥后在一定條件下燒結(jié)，如此在陶瓷表面獲得一層具有光催化活性的二氧化鈦活性層。

本發(fā)明中的表面負載光催化活性層的泡沫陶瓷復合材料，其特征在于：其泡沫陶瓷基體為通孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(參見圖1)，基體表面負載了一層具有光催化活性的二氧化鈦(參見圖2)。

本發(fā)明以天然沸石為主要原料制備的輕質(zhì)泡沫陶瓷為基體，采用溶膠-凝膠工藝，以鈦酸四丁酯為鈦源制取溶膠，通過浸漬、干燥、燒結(jié)，在陶瓷表面負載二氧化鈦光催化活性層。提供的制備條件是：待用二氧化鈦溶膠陳化24-48小時，基體浸漬后的干燥溫度為60℃，接下來的燒結(jié)溫度為300-500℃。

本發(fā)明制備的二氧化鈦活性層負載輕質(zhì)泡沫陶瓷復合材料，具有良好的光催化性能，可以直接用作水體中有機污染物降解的光催化材料。

附圖說明：

圖1泡沫陶瓷基體形貌。

圖2基體表面負載二氧化鈦層形貌。

具體實施方式：

實施例1：首先將無水乙醇(分析純)、鈦酸四丁酯、乙酰丙酮(分析純)、去離子水、硝酸(分析純)按體積比77:25:3.8:2.5:1配制二氧化鈦溶膠，具體操作如下：依次將乙酰丙酮、鈦酸四丁酯緩慢滴入乙醇中(乙醇用量為總量的三分之二)配成A溶液，然后依次將去離子水、硝酸先后滴入乙醇中(乙醇用量為總量的三分之一)配成B溶液，最后將B溶液緩慢滴入A溶液中。上述過程均在磁力攪拌條件下進行?；旌弦宏惢?8小時，得到待用溶膠。將自行研制的塊狀輕質(zhì)泡沫陶瓷樣品投入上述溶膠，超聲振蕩20min使其充分浸漬，取出后在烘箱中于60℃干燥1h，得到表面負載二氧化鈦凝膠的多孔樣品。重復負載三次，得到具有一定厚度的均勻凝膠層。將上述樣品放入電熱箱中，以1.5℃/min的升溫速度將溫度從室溫提高到400℃，保溫30min。爐冷后取出樣品，得到負載二氧化鈦活性層的樣品。

實施例2：甲基橙具有染料類化合物的典型結(jié)構(gòu)，本發(fā)明即采用濃度為20mg/L的甲基橙溶液作為染料有機物污染的廢水模型。光催化降解光源采用波長為365nm的500W紫外燈，溶液吸光度采用UV-9100紫外分光光度計測量。量取50ml甲基橙溶液置于燒杯中，投入1.0g負載復合樣品。測出紫外燈照射5min、10min、15min、20min、25min、30min時燒杯中溶液的吸光度(表1)，并由吸光度計算出甲基橙的降解率(對應于溶液的脫色率)，結(jié)果一同列于表1。吸光度與降解率的關(guān)系為：降解率(％)＝(A₀－A)/A₀，式中A₀為原液吸光度，A為經(jīng)光催化降解后溶液吸光度。實驗顯示，紫外照射30min后，甲基橙光降解率可達99％以上，溶液變?yōu)闊o色透明。

表1負載制品對甲基橙溶液的降解率(脫色率)

對比例：在上述實施例中將負載二氧化鈦的泡沫陶瓷制品換成未經(jīng)負載的泡沫陶瓷制品，其他條件不變，所得降解率見表2。可見在溶液中放入未經(jīng)負載的樣品，紫外光照射下甲基橙仍有一定的降解。這是由于紫外光本身直接對甲基橙的作用，而不是未負載泡沫陶瓷制品的光催化效果。

表2未經(jīng)負載制品對甲基橙溶液的降解率(脫色率)