一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料及其制备方法，采用原位醇热技术在吸附剂介孔SiO2上负载纳米TiO2片，制得多级结构SiO2@TiO2吸附-光催化复合材料。本发明专利技术通过控制TiOSO4、乙二醇、乙醇、无水乙醚和SiO2的比例，可制备不同TiO2负载量的吸附-光催化纳米复合材料，该复合材料在模拟污染物降解实验中，通过先吸附再降解的模式及边吸附边降解的模式，在短时间内快速消除有机污染物，同时在有水存在时，可优先吸附有机物，并具有良好的使用寿命和再生能力。

【技术实现步骤摘要】
一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料及其制备方法
本专利技术属于环境材料领域，具体涉及一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来环境污染问题日趋突出，已成为阻碍社会生产力发展和影响人民身体健康的重要原因，因而有效的利用现有技术开发新型实用的环保技术是21世纪影响人类生存和健康的战略性课题。随着经济的发展和社会的进步，室内环境发生了巨大的变化。但由于透风不好及所用的装饰材料散发出的一些化学物质等原因，使得室内积聚了大量的污染物，造成了室内空气的污染。而尽大多数污染物都是借助于空气传播，通过人的呼吸和皮肤对人体造成危害。因此，如何通过净化技术改善室内空气污染成为当今的研究热门。在影响人类健康的环境污染中，室内空气污染因其不易被察觉而容易被人们忽视。事实上人们每天平均大约有80％以上的时间在室内度过，虽然室内污染物的浓度较低，但由于接触时间很长，故其累积接触量很高。导致室内空气污染的污染源较多，其中影响人体健康的主要污染物有：甲醛、苯、甲苯等挥发性有机污染物，它们是导致多种恶性病和慢性病发生的重要原因。净化室内空气中的甲醛等有机污染物的方法众多，传统方法包括过滤、吸附、分解、聚合等。这些传统方法却存在吸附材料饱和、分解的中间酸性产物二次污染和腐蚀、聚合二次产物污染等问题，光催化净化能够有效地将有机污染物分解转化为无害的二氧化碳和水，从而在近年来受到广泛关注。吸附法是最常用的空气净化技术，其优点是安全、便利、价廉，能够快速去除污染物，缺点是存在二次污染。光催化技术能够彻底降解有机污染物，减少二次污染，其缺点是光催化剂比表面积小，量子效率低，难以实现对空气中的有机污染物的低浓度富集，因此光催化效率较低。因此，针对当前室内空气净化中存在的问题，我们开发了一种含吸附剂和光催化剂的复合材料，即SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料。利用吸附剂快速吸附有机污染物，而光催化剂花状TiO2能够实现光的多次反射增加光的利用率，矿化所吸附的有机污染物，消除二次污染，并使吸附剂保持高效工作。
技术实现思路
本专利技术目的是提出一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料及其制备方法，以该方法制备的介孔SiO2吸附剂材料能利用其高比表面积快速吸附有机污染物，同时光催化剂在自然光照射下矿化所吸附的有机污染物，消除二次污染，并使吸附剂保持高效工作。本专利技术的技术方案为：一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)在室温条件下，将介孔SiO2加入到无水乙醇中，超声1-2小时；(2)滴加入TiOSO4溶液，搅拌30-60分钟；(3)加入体积比为1.0:2.0-2.0:1.0的乙二醇和无水乙醚的混合溶液到上述溶液中，搅拌4-5小时；(4)将混合液转移到不锈钢反应釜中，在100-110℃条件下处理2-3天；(5)所得样品取出后离心、洗涤、80-100℃烘干，再在700-800℃下焙烧4-5小时后即得到SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料。步骤(1)中加入介孔SiO2的质量(克)与无水乙醇的体积(毫升)比控制在为1.0:25-1.0:200。步骤(2)中加入的TiOSO4与步骤(1)中介孔SiO2的摩尔比为1.0:0.18-1.0:1.0，优选1:0.33。步骤(3)中加入的乙二醇和无水乙醚的混合溶液与步骤(1)中的无水乙醇的体积比为1.0:0.5-1.0:2.0，优选1.0:1.0。上述方法制备的SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料，其特征在于，TiO2以片状形式负载于吸附剂的表面，TiO2为锐钛矿晶相，根据N2吸脱附实验测试结果显示复合材料的BET比表面积在200-1000m2/g。本专利技术采用原位醇热技术在吸附剂(SiO2纳米小球)上负载纳米TiO2，制备SiO2@TiO2吸附-光催化复合材料。通过控制TiOSO4、乙醇、乙二醇和SiO2的比例，可制备不同TiO2负载量的吸附-光催化复合材料。该复合材料在模拟污染物降解实验中，通过先吸附再降解的模式可在短时间内快速消除有机污染物。同时在有水存在时，可优先吸附有机物，并具有良好的使用寿命和再生能力。因此，本专利技术在室内空气污染治理方面具有良好的应用前景。附图说明图1为Si/Ti(0.33)-700样品的扫描电镜图。图2为Si/Ti(0.33)-700样品的透射电镜图。图3(1)和图3(2)为不同Si/Ti和Si/Ti(0.33)不同焙烧温度的样品的XRD图。图4为不同Si/Ti样品对模拟污染物降解实验图。图5为Si/Ti(0.66)样品循环使用实验图。由图可见，在经过5次循环实验后仍然保持较好的吸附能力和光催化能力，在1.0小时内对甲苯的去除率达到近30％，经光催化处理4.0小时后对甲苯的总去除率超过65％。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1在室温条件下，将0.1gSiO2介孔小球加入到20mL无水乙醇中，搅拌2小时；再将0.60mL(5.0×10-3mol)TiOSO4溶液滴加到上述溶液中，搅拌60分钟；最后，加入10mL乙二醇和10mL无水乙醚到上述溶液中搅拌4小时；然后将混合液转移到不锈钢反应釜中，在110℃条件下处理2天，样品取出后离心、洗涤、80℃烘干，所得样品经700℃，4小时焙烧,根据BET测得比表面积为295m2/g。标记为Si/Ti(0.17)-700。实施例2在室温条件下，将0.2gSiO2介孔小球加入到20mL无水乙醇中，搅拌2小时；再将0.60mL(5.0×10-3mol)TiOSO4溶液滴加到上述溶液中，搅拌60分钟；最后，加入10mL乙二醇和10mL无水乙醚到上述溶液中搅拌4小时；然后将混合液转移到不锈钢反应釜中，在110℃条件下处理2天，样品取出后离心、洗涤、80℃烘干，所得样品经700℃，4小时焙烧，根据BET测得比表面积为382m2/g。标记为Si/Ti(0.33)-700。由图1可见样品中TiO2以片状形式负载于吸附剂SiO2的表面，TiO2花片的粒径约为100-150nm；由图2可见样品中TiO2是以片状结构直接插入到介孔SiO2的表面，SiO2的粒径大概为1μm；由图3(1)和图3(2)可见样品中TiO2以锐钛矿相存在，且未发现其它相。实施例3在室温条件下，将0.4gSiO2介孔小球加入到20mL无水乙醇中，搅拌2小时；再将0.60mL(5.0×10-3mol)TiOSO4溶液滴加到上述溶液中，搅拌60分钟；最后，加入10mL乙二醇和10mL无水乙醚到上述溶液中搅拌4小时；然后将混合液转移到不锈钢反应釜中，在110℃条件下处理2天，样品取出后离心、洗涤、80℃烘干，所得样品经700℃，4小时焙烧,根据BET测得比表面积为555m2/g。标记为Si/Ti(0.66)-700。实施例4在室温条件下，将0.6gSiO2介孔小球加入到20mL无水乙醇中，搅拌2小时；再将0.60mL(5.0×10-3mol)TiOSO4溶液滴加到上述溶液中，搅拌60分钟；最后，加入10mL乙二醇和10mL无水乙醚到上述溶液中搅拌4小时；然后将混合液转移到不锈钢反应釜中，在110℃条件下处理2天，样品取出后离心、洗涤、80℃烘干所得样品经700℃，4小时焙烧，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiO2@TiO2吸附‑光催化纳米复合材料，其特征在于，TiO2以片状形式负载于吸附剂的表面，TiO2为锐钛矿晶相，复合材料的比表面积在200‑1000m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种SiO2@TiO2吸附-光催化纳米复合材料的制备方法，所述复合材料为TiO2以片状形式负载于吸附剂的表面，TiO2为锐钛矿晶相，复合材料的比表面积在200-1000m2/g，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)在室温条件下，将介孔SiO2加入到无水乙醇中，超声1-2小时；(2)滴加入TiOSO4溶液，搅拌30-60分钟；(3)加入体积比为1.0:2.0-2.0:1.0的乙二醇和无水乙醚的混合溶液到上述溶液中，搅拌4-5小时；乙二醇和无水乙醚的混合溶液与步骤(1)中的无水乙醇的体积比为1.0:0.5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建，周晓丽，李晓婷，李丹，强蕾，李和兴，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31