本发明专利技术公开了一种光催化剂及其对不同气相有机污染物高效光催化降解的应用。该光催化剂为在硅藻土上原位生长二氧化钛的复合材料。其制备方法为：以四氯化钛作为钛源，多孔状硅藻土作为载体，无水乙醇作为溶剂，通过一步水热法制备得到光催化剂。将其应用于处理不同气相有机污染物，其光催化效率高、过程简单、成本低而且不存在二次污染的问题。本发明专利技术解决了常规催化剂对有机污染物吸附能力差、催化活性弱、气体降解困难不彻底、有残留等一系列目前难以解决的问题。该产品在光催化应用、气相有机污染物处理、环境优化特别是室内气相有机污染处理等方向有着潜在应用价值，并且有望工业化生产，应用到生活环境当中。
A photocatalyst and its application in photocatalytic degradation of different gaseous organic pollutants
The invention discloses a photocatalyst and its application to photocatalytic degradation of different gaseous organic pollutants. The photocatalyst is a composite material for in situ growth of titanium dioxide on diatomite. The preparation method is as follows: using titanium tetrachloride as titanium source, porous diatomite as carrier, absolute ethanol as solvent, photocatalyst is prepared by one-step hydrothermal method. The photocatalytic efficiency is high, the process is simple, the cost is low and there is no secondary pollution problem when it is used to treat different gaseous organic pollutants. The invention solves a series of problems which are difficult to solve at present, such as poor adsorption capacity of conventional catalysts to organic pollutants, weak catalytic activity, incomplete gas degradation and residue. The product has potential application value in the fields of photocatalysis, gas-phase organic pollutant treatment, environmental optimization, especially indoor gas-phase organic pollutant treatment, and is expected to be industrialized and applied to the living environment.
【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂及其对不同气相有机污染物高效光催化降解的应用
本专利技术属于光催化降解有机物
，特别涉及一种光催化剂及其对不同气相有机污染物高效光催化降解的应用。
技术介绍
伴随工业化、城镇化进程的加快，带来的环境污染问题愈加严重。在工业化过程中主要产生的污染是工业三废—废水、废气、废渣，给环境带来的巨大的压力。其中，工业废气是指工业生产过程中排放出的各种不再使用的气体，包括烟尘、臭气、刺激性气体及其他有害气体。对人类生存环境造成了很大的污染。除了工业废气这种室外环境污染问题之外，室内环境污染问题亦不容忽视。室内空气污染源包括外界污染建筑物和内部资源，如建筑材料，香水和清洁产品，溶剂和胶水，办公机械，烹饪，生物新陈代谢和吸烟等。据世界卫生组织称，每年有380万人因低效使用固体燃料和煤油烹饪产生的室内空气污染而过早死亡；在白血病患者中，大多数是住了刚装修不久的房间。刚装修的房间可以产生来自于建筑材料、家具等新材料的有机气体。这些对人体具有很大伤害，有些甚至具有致癌、致畸、致突变。其中，挥发性有机污染物占有相当大的比例。为此，如何解决气体环境污染成为一个亟待解决的问题。有关光催化技术处理气相有机污染物的研究近来越来越受到重视。尽管科学家们在处理气相有机污染物中做了很多的研究，采取了很多处理方法，如吸附法、冷凝回收法、直接燃烧法、纳米微电解氧化法等。但大多存在着成本高、投入大、降解效率欠佳等问题。因此，设计出一种无毒无害、无污染、低成本、回收效率高的方法来处理气相有机污染问题刻不容缓。TiO2半导体由于其结构和热稳定性、抗腐蚀、低成本和无污染等优异性能，已使其可用于许多领域，如空气、水污染的净化。用于工业尤其是染料业中产生的难降解的有机污染物时，可以将难降解的有机污染物降解成小分子化合物。大多数研究者对TiO2在液相中的研究较多，但对气相污染物的研究涉及很少。与液相体系的光催化降解比较，气相反应体系简单，副产物少，矿化较容易，且光利用效率高。因此，TiO2在气相有机污染物降解中，具有广阔的实际应用前景。但目前该催化剂在气相有机污染物处理中的研究较少，降解效果仍需进一步研究。催化降解原理：在对气相有机污染物的降解过程中，有机气体将首先氧化吸附在催化剂的表面，最终转化生成CO2和H2O，从而将气相有机污染物除去。此过程中，由于催化剂的反应活性强，催化反应较为彻底。其反应原理如下：催化剂中的有半导体TiO2，当被光照射时，根据半导体的电子结构特点，当催化剂吸收一个能量大于或等于其带隙的光子时，电子会从充满的价带跃迁到空的导带，因而在导带上产生一个高活性电子(e-)，而在价带留下带正电的空穴(h+)。光致电子具有很强的还原性，使得半导体表面的电子受体被还原。溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。OH-、O2-、OOH-自由基具有强氧化性，能把大多数吸附在TiO2表面的有机污染物(如本专利技术中涉及的丙酮气体、苯气体)降解为CO2、H2O，把无机污染物氧化或还原为无害物。TiO2光催化降解机理阶段可以总结分为以下7个步骤来完成光催化的过程：1、TiO2+hv→e-+h+2、h++H2O→OH+H+3、e-+O2→O2-4、O2-+H+→OOH5、2OOH→O2+H2O26、O2-+e-+2H+→H2O27、H2O2+e-→OH+OH-8、h++OH-→OH
技术实现思路
：针对上述情况，本专利技术提供一种光催化剂，在紫外光或/和可见光照射下，将其应用于对不同气相有机污染物高效光催化降解。该光催化剂是在硅藻土上原位生长二氧化钛的复合材料，将其应用于处理不同气相有机污染物，其光催化效率高、过程简单、成本低而且不存在二次污染的问题。解决了常规催化剂对有机污染物吸附能力差，催化活性弱、气体降解困难不彻底、有残留等一系列目前难以解决的问题。该产品在光催化应用、气相有机污染物处理、环境优化特别是室内气相有机污染处理等方向有着十分重要的潜在应用价值，并且有望工业化生产，应用到生活环境当中，该研究具有重要的实际意义。本专利技术所述的光催化剂为在硅藻土上原位生长二氧化钛的复合材料。其制备方法为：以四氯化钛作为钛源，多孔状硅藻土作为载体，无水乙醇作为溶剂，通过一步水热法制备得到光催化剂。本专利技术所述的光催化剂的具体制备步骤如下：A、在三口烧瓶中加入无水乙醇50.00mL，置于冰水浴中搅拌10-30min，然后在搅拌的条件下，逐滴加入1-5.00mL四氯化钛到三口烧瓶中，接着用移液枪取0.10-1.50mL水加入其中，继续搅拌至形成黄色透明溶液；B、称取2.00-6.00g硅藻土置于100mL反应釜中，将步骤A得到的黄色透明溶液转移至反应釜中，搅拌均匀，放入烘箱中150-250℃反应10-20h；C、反应完成后，用无水乙醇和去离子水分别洗3-5次，冲洗至中性，之后在烘箱中60-80℃干燥5-15h。将上述制备得到的光催化剂对不同气相有机污染物高效光催化降解。所述的光催化降解的具体反应条件为：将光催化剂加入不同气相有机污染物中，在紫外光/可见光下进行光催化降解。所述的不同气相有机污染物为低沸点气相有机污染物。所述的不同气相有机污染物为芳烃、酮类和醛类气体中的一种或几种。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术以四氯化钛为钛源，以无水乙醇为溶剂，调控硅藻土与二氧化钛的比例，控制反应的温度来控制四氯化钛的水解速度，通过简便的一步水热法反应制备出光催化性能优良的催化剂。之后直接用于光催化降解不同气相有机污染物。整个实验过程简便，无毒，无污染，成本低，光催化效率高。(2)本专利技术对不同气相有机污染物的选择性小，适用于大多数气相有机污染物且表现出良好的光催化性能。(3)该降解方法易于工业化生产，适用于室内外降低气相有机污染物浓度及危害。在建筑、家装方面有非常广阔的应用前景。附图说明图1为实施例一制得的光催化剂的扫描电镜图(SEM)。图2为实施例二制得的光催化剂的扫描电镜图(SEM)图3为实施例一中丙酮气体的光催化降解曲线。图4为实施例二中苯气体的光催化降解曲线。具体实施方式实施例一A、在三口烧瓶中加入无水乙醇50.00mL，置于冰水浴中搅拌20min，在搅拌的条件下，逐滴缓慢加入2.00mL四氯化钛到三口烧瓶，接着用移液枪取0.50mL水加入其中，继续搅拌至黄色透明溶液；B、称取4.00g硅藻土置于100mL反应釜中，将步骤A中得到的黄色透明溶液转移至反应釜中，将黄色透明溶液与硅藻土在反应釜中搅拌均匀，放入烘箱200℃反应12h；C、反应完成后，用无水乙醇和去离子水分别洗4次，冲洗至pH为7左右，之后在烘箱中80℃干燥10h得到光催化剂。将上述方法制备的光催化剂进行光催化降解。称取0.05g光催化剂于顶空密封瓶中，用气相进样针向其加入一定量丙酮气体，在紫外光/可见光下进行光催化降解。所用的光催化剂的扫描电镜图如下图1。降解过程中，每隔一定的时间取一次样，对样品进行定量及定性分析,共降解3-6h。降解气体浓度的控制是通过使用气相进样针取1mL饱和丙酮气体分别注入到不同体积的密闭瓶中。其中，100mL1号密闭瓶记为100mL(1)，100mL2号密闭瓶记为100mL(2)、200mL1号密闭瓶记为200mL(1)、200mL2号密闭瓶记为200mL(2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光催化剂，其特征在于，所述的光催化剂为在硅藻土上原位生长二氧化钛的复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种光催化剂，其特征在于，所述的光催化剂为在硅藻土上原位生长二氧化钛的复合材料。2.根据权利要求1所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，其制备条件为：以四氯化钛作为钛源，多孔状硅藻土作为载体，无水乙醇作为溶剂，通过一步水热法制备得到光催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：A、在三口烧瓶中加入无水乙醇50.00mL，置于冰水浴中搅拌10-30min，然后在搅拌的条件下，逐滴加入1-5.00mL四氯化钛到三口烧瓶中，接着用移液枪取0.10-1.50mL水加入其中，继续搅拌至形成黄色透明溶液；B、称取2.00-6.00g硅藻土置于100mL反应釜中，将步骤A得到的黄色...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊佼，刘雪飞，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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