本发明专利技术公开了一种硅藻土负载氮掺杂纳米二氧化钛环境功能材料，其包括如下质量份数的原料：水25‑35份，硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2 40‑50份，植物碎屑5‑10份，粘结剂3‑5份，增稠剂2‑5份，分散剂3‑5份。该材料能够使TiO2的光谱相应范围扩展到可见光区域，提高材料对有机污染物的处理效果。
A Nitrogen-Doped Nano-Titanium Dioxide Environmental Functional Material Supported on Diatomite
The invention discloses a diatomite-loaded nitrogen-doped nano-titanium dioxide environmental functional material, which comprises the following raw materials: 25 35 parts of water, 40 50 parts of diatomite-loaded nitrogen-doped nano-titanium dioxide, 5 10 parts of plant debris, 3 5 parts of binder, 2 5 parts of thickener and 3 5 parts of dispersant. The material can extend the spectrum of titanium dioxide to visible light region, and improve the treatment effect of the material on organic pollutants.
【技术实现步骤摘要】
一种硅藻土负载氮掺杂纳米二氧化钛环境功能材料
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种硅藻土负载氮掺杂纳米二氧化钛环境功能材料。
技术介绍
随着经济快速发展和人们生活水平的不断提升，大家对于拥有一个健康、安全、舒适的生活环境的要求越来越迫切。生活环境中的有害气体一般以苯、甲苯、甲醛等有机污染物为主，其中，甲醛已经被世界卫生组织确定为潜在的强致癌物质，严重危害着人们的身体健康。纳米二氧化钛(TiO2)是一种常用的半导体光催化材料，因具有安全无毒、光催化活性高、氧化能力强、光化学性能稳定和价格低廉等优点，在大气、水体环境中的有机污染物治理方面有着广阔的应用前景。但是，在实际应用中，纳米TiO2存在两个缺陷：一是只能被紫外光激发，太阳光利用率较低，一般低于5％，而且光生电子和空穴容易复合；二是纳米粒子分散性差，易于团聚。这两个缺陷都会导致纳米TiO2光催化效率低。解决这些问题的方法是对纳米TiO2进行掺杂改性和负载固定，掺杂的目的在于将光催化剂的光响应范围拓展到可见光区域，抑制电子-空穴对的复合，而负载可以避免纳米粒子的团聚，增强TiO2的光催化效率。纳米TiO2的掺杂改性研究主要集中于金属离子掺杂、非金属元素掺杂和金属-非金属共掺杂等三个领域。自2001年AsahiR等在《Science》上报道了氮(N)取代少量晶格氧可使TiO2具有良好的可见光催化活性以来，非金属元素掺杂改性TiO2的研究受到了广泛重视。一些学者分别对N、S、F、C、I、P等非金属元素掺杂TiO2的光催化活性进行了研究，结果表明掺杂这些元素后，TiO2的光催化活性都有不同程度的提高。在这些元素中，由于氮与TiO2中的氧有着类似的结构特性，氮掺杂改性TiO2更为受到研究者青睐。矿物及类矿物材料本身大多数为多孔性物质，比表面积比较大。将纳米TiO2与具有吸附能力的多孔矿物材料复合在一起，可以提高纳米TiO2的比表面积，并且通过矿物材料将环境中的有机污染物吸附至TiO2周围，增加TiO2与目标降解物的接触机率，这种靶向富集作用能够极大提升TiO2的光降解效果。硅藻土是一种硅藻残骸沉积多年形成的天然矿物材料，具有颗粒粒径小、比表面积大、孔隙度较高、化学性质稳定、吸附能力较强等优点，是优异的光催化剂载体材料，广泛地应用于化工、建材、空气净化等领域。TiO2粉末负载于硅藻土表面，可以保证其良好的催化活性。目前，一般是将TiO2制作成环境功能材料，但这些环境功能材料的光谱响应范围仍较窄。另外，在制作环境功能材料时，TiO2离子易于团聚，影响到TiO2的光催化效率，且成品易碎，不利于使用。
技术实现思路
为了解决上述问题中的至少一个，本申请提出了一种环境功能材料，该材料能够使TiO2的光谱相应范围扩展到可见光区域，提高材料对有机污染物的处理效果，具体的技术方案为：一种硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2环境功能材料，其包括如下质量份数的原料：水25-35份，硅藻土负载氮掺杂纳米TiO240-50份，植物碎屑5-10份，粘结剂3-5份，增稠剂2-5份，分散剂3-5份。为了增加成品的美观度，原料中还可以增加≤5份的荧光粉。荧光粉具体可以为蓝紫色荧光粉CaAl2O4:Eu2+,Nd3+、蓝紫色荧光粉SrAl12O19:Eu2+,Dy3+或红色荧光粉CaS:Eu2+。优选地，粘结剂为糯米胶粉。增稠剂为羧甲基纤维素钠。分散剂为羧酸共聚物盐类，具体可以为丙烯酸-马来酸共聚物钠盐、丁烯二酸-苯乙烯共聚物钠盐或丙烯酸-顺丁烯二酸共聚物铵盐。该环境功能材料具体采用如下方法制备：将水、硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2、植物碎屑、增稠剂、粘结剂、分散剂按照设定比例混合，搅拌均匀，制粒，在28-35℃下干燥24-36小时，制得。在原料包括荧光粉时，同步将荧光粉加入其中，与其它原料混合在一起，搅拌在一起。其中的硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2采用如下步骤制备：(1)将提纯硅藻土与无水乙醇依次加入混合器中，搅拌25-35分钟，在25-30℃下用380-430W功率的超声波处理30-60分钟；制成悬浮液，保持搅拌，再依次加入钛酸丁酯和乙酰丙酮，即在完成钛酸丁酯的加入后，再进行乙酰丙酮的添加，完成钛酸丁酯和乙酰丙酮的加入后，制成混合液；持续搅拌10-20分钟制成溶液A；其中，钛酸丁酯与乙酰丙酮加入量的体积比为1:0.075-0.1；硅藻土与钛酸丁酯的质量比为1：2-3；(2)保持搅拌，将尿素水溶液以每3-5秒1滴的速度滴加到溶液A中，形成溶胶A；其中加入到溶液A中的尿素水溶液中的尿素与钛酸丁酯的质量比为1：15-25；(3)保持搅拌，将平均分子量为1500-3000的聚乙二醇用蒸馏水溶解形成透明溶液，加入溶胶A中；再加入硝酸溶液调节pH值至中性，得到溶胶B；其中聚乙二醇的加入量为0.8-0.9g/100mL溶胶A；(4)保持搅拌，溶胶B逐渐形成呈凝胶状态的凝胶A，然后将该凝胶A放入生化培养箱内，在25-30℃下陈化24-30小时，形成凝胶B；(5)从生化培养箱中取出凝胶B，放入真空干燥箱中，在80-85℃、绝对压力3-10kPa的真空条件下烘干6-10小时，取出研磨成粉状后放入马弗炉中，在450-500℃焙烧2小时，得到硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2。在制备硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2的过程中，搅拌的速度优选为800-2000rpm。在搅拌过程中，搅拌速度随物料粘度的增大而增加。在步骤(1)中，搅拌速度优选为800-1000rpm；步骤(2)中，搅拌速度优选为1000-1300rpm；步骤(3)中，搅拌速度优选为1300-1700rpm；步骤(3)中，搅拌速度优选为1700-2000rpm。在上述搅拌速度下，可以有效地提高反应过程中掺杂氮的均匀性，同时保持物料整体处于流动状态，避免部分区域过快凝固形成凝胶。在本专利技术中，添加了乙酰丙酮作为水解抑制剂，可以有效抑制钛酸丁酯的水解速率，避免滴加尿素溶液的过程中形成沉淀，同时，可以通过控制乙酰丙酮的量来控制形成溶胶凝胶的时间。添加聚乙二醇作为造孔剂和稳定剂，聚乙二醇经过马弗炉焙烧分解后，会在二氧化钛晶粒膜层上产生气孔，使其更牢靠地负载于硅藻土的孔隙中，不易产生膜层断裂脱落现象。随着聚乙二醇分子量增加，二氧化钛晶粒膜层的骨架强度增大、毛细管力减小，能够形成具有稳定结构的膜层。在本专利技术中，采用溶胶-凝胶法进行负载氮掺杂，在液相将各原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。优选地，其中的硅藻土采用如下方法处理：用325目筛网筛分硅藻土，取筛下的硅藻土，将筛下的硅藻土放入60wt％的硫酸水溶液中搅拌洗涤2-3小时；然后在25-30℃下，用200-250W功率的超声波处理1-2小时，再用蒸馏水清洗至中性；再放入真空干燥箱中在80℃下烘干6小时；最后放入马弗炉中，在550-600℃焙烧3小时，得提纯硅藻土，放入干燥器中待用。大部分表面杂质和矿物碎片得以去除的提纯硅藻土，减少了杂质离子对氮掺杂TiO2晶体结构形成过程的干扰，可以作为理想的催化剂负载载体。优选地，植物碎屑为将植物叶片在-80℃、0.2MPa条件下冷冻干燥72小时后，研磨粉碎，然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅藻土负载氮掺杂纳米二氧化钛环境功能材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料：水25‑35份，硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2 40‑50份，植物碎屑5‑10份，粘结剂3‑5份，增稠剂2‑5份，分散剂3‑5份。
【技术特征摘要】
1.一种硅藻土负载氮掺杂纳米二氧化钛环境功能材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料：水25-35份，硅藻土负载氮掺杂纳米TiO240-50份，植物碎屑5-10份，粘结剂3-5份，增稠剂2-5份，分散剂3-5份。2.根据权利要求1所述的环境功能材料，其特征在于，采用如下方法制备：将水、硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2、植物碎屑、增稠剂、粘结剂、分散剂按照设定比例混合，搅拌均匀，制粒，在28-35℃下干燥24-36小时，制得。3.根据权利要求1或2所述的环境功能材料，其特征在于，所述硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2采用如下步骤制备：(1)将提纯硅藻土与无水乙醇依次加入混合器中，搅拌25-35分钟，在25-30℃下用380-430W功率的超声波处理30-60分钟；制成悬浮液，保持搅拌，再依次加入钛酸丁酯和乙酰丙酮，在完成乙酰丙酮的加入后，制成混合液；持续搅拌10-20分钟制成溶液A；其中，钛酸丁酯与乙酰丙酮加入量的体积比为1:0.075-0.1；硅藻土与钛酸丁酯的质量比为1：2-3；(2)保持搅拌，将尿素水溶液以每3-5秒1滴的速度滴加到溶液A中，形成溶胶A；其中加入到溶液A中的尿素水溶液中的尿素与钛酸丁酯的质量比为1：15-25；(3)保持搅拌，将平均分子量为1500-3000的聚乙二醇用蒸馏水溶解形成透明溶液，加入溶胶A中；再加入硝酸溶液调节pH值至中性，得到溶胶B；其中聚乙二醇的加入量为0.8-0.9g/100mL溶胶A；(4)保持搅拌，溶胶B逐渐形成呈凝胶状态的凝胶A，然...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈和祥，张成庆，万瑞，张君，朱宪忠，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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