一种氧化铝基片状二氧化钛-核/壳结构复合微球光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化铝基／片状二氧化钛－核／壳结构复合微球光催化剂及其制备方法。该催化剂的形态是一种以粒径在１０～３０μｍ的球形γ－氧化铝粉体为核心，表面包裹一层锐钛矿相片状二氧化钛颗粒膜的复合微球，采用非均相沉淀包裹－水热晶化法合成：即首先在室温下通过工业硫酸钛和沉淀剂在氧化铝微球表面发生非均相沉淀包裹反应形成复合微球前驱体，然后将前驱体经过水热晶化处理，再经洗涤干燥等步骤后得到成品光催化剂。这种催化剂具有较高的比表面积和催化活性，能完全降解有机污染物，并可利用氧化铝微球的重量在水溶液中快速沉降回收催化剂。同时，制备工艺、设备简单可控，成本低，易规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

一种氧化铝基片状二氧化钛一核/壳结构复合微球光催化剂及其制备方法，特别是涉及一 种可降解有机污染物的核/壳结构AlA基/片状Ti02复合微球光催化剂及其制备方法。
技术介绍
以纳米Ti02为催化剂的光催化技术作为一种新兴的有机污染物处理技术，具有处理速度 快，降解没有选择性，设备简单，操作方便，无二次污染，处理效果好等特点，引起了世界 各国的重视，竞相研制新型高效的Ti02光催化剂，如德国的P-25、日本的SSP-25等，已成为 众多光催化研究人员使用和对比研究的对象，在防污、抗菌、除臭、空气净化、水处理以及 环境污染治理等方面得到了广泛应用。然而，纳米Ti02用于有机污水处理目前仍处于实验室 的基础研究，阻碍其实用化应用的原因主要有两点首先，光催化效率较低。在进行光催化 反应时，氧化还原反应只发生在Ti02颗粒外表面，因此，Ti02颗粒的大小、比表面积和分散 性是影响其催化效率的关键因素。研究发现，粒子越小，分散性越高，则反应面积越大，光 吸附效率就越高，电子和空穴的简单复合几率也越低，量子产率则会迅速提高，已有研究结果显示高度分散的纳米Ti02催化剂比大粒径的粉末Ti02表现出独特的更高活性。但纳米Ti02粉体吸水性强，特别是回收后二次使用时容易团聚，光激发产生的电子-空穴对在迁移到表面 时很容易复合，在桨料中无法充分分散发挥其催化活性。同时，以内核形式存在的Ti02实际 上是一种资源的浪费，单位质量的Ti02利用率低。其次，对于比较广泛使用的悬浮水体系而 言,纳米Ti02粉体还存在沉降困难、不易回收再利用问题。虽已有各种催化剂固载化的方法, 如将光催化剂负载在玻璃片、玻璃纤维织物或水泥、金属网等载体上，解决了光催化剂的分离 难题，但使用的效率却明显低于浆态体系。因此，设计制备高比表面积、大孔径、对催化剂固 载量多而对其活性影响小的固载载体，使其固定化，以减小催化剂在废水处理中的损失，解 决催化剂的回收及重复利用难题是目前面临的关键问题之一。目前出现了一种比较受欢迎的固载方法，即将纳米Ti02固定在大颗粒粉体上，既对纳米 Ti02活性影响小，又可利用载体较好的沉降性减小催化剂在废水处理中的损失，解决催化剂 的回收及重复利用难题。HellerfJ. P勿ys. C/7em.，"/996,96问:3423-342印制成负载在中空玻璃 球上的固定型Ti02光催化剂,能漂浮于水面来降解水面石油污染,并进行了中等规模的室外实 验。此项工作已得到了美国政府的高度重视和支持。赵文宽等f，屋乂学学叛.20W, Wf2入279-"6!J以煤灰中漂球为载体，钛酸丁酯为原料,制备了一种载有纳米Ti02粉体的漂浮型 光催化剂。杨阳f俊众学艰，22 GJ , 以膨胀珍珠岩为载体制备了负载型Ti02光催化剂。秦树林f浙江众工,2WW6六77-^用聚丙烯填料负载纳米级Ti02光催化剂。 Chen Shifu(^pp//ed 5W/ace 5We"ce,2朋7,25i M77-J朋"采用溶胶凝胶法制备了 Ti02.xNx包覆 中空玻璃微球粉体。Masato等a卯r"a/0/Catofy^,2007,2抓'"5-24W利用钛醇盐浸渍法制 备了 Ti02/ZSM-5光催化剂。Subramani等fM。"n'a&丄e加^，2007,6/:必2S-站3〃利用浸渍一 水热法制备了锐钛矿型Ti02/活性炭复合粒子。Youji Li f ^Tp/;W Sz/r/ace &/e"",2W7，253.W54-i>25<^采用溶胶凝胶法制备了 Ti02包裹活性炭复合粉体。这些复合粉 体中，纳米Ti02粒子均匀分布在基底表面，粒径在50nm以下，复合粉体的催化活性比单相 二氧化钛明显提高，说明这种负载型催化剂粉体具有较大的优势。但目前这些研究大都只考 虑担载问题，未考虑何种结构或形貌的载体效果更好，采用市售的玻璃微球、活性炭或煤灰 飘球等轻质载体，由于表面较光滑，使Ti02固载量有限，结合强度不高，多次使用后活性明 显降低；而且密度低、质量轻，仅适合漂浮在水面的光催化体系，应用范围窄。莫绍芬等f鞋 ^^if/A "9/,K7J以0.1-0.2 iim的超细氧化铝粉体为基底，利用四氯化钛的易水解性， 包裹沉淀法制备了 Al203/Ti02复合粉体，主要用于制备低膨胀Al2TiOs材料；而中国专利 99123760.9报道了 一种金属醇盐水解法制备粒径在55 1400nm的均匀单分散球型纳米 Ti02/Si02复合颗粒，这种颗粒是在作为内核的单分散50~1300nm Si02颗粒表面包覆一层 5 200nm厚度的TiO2，形成复合微球颗粒，主要适用于颜料。但这两种复合粉体粒径都较小， 应用于废水处理时回收仍较闲难，所采用的制备方法工艺复杂，不易规模化生产。在制备纯相二氧化钛纳米品体的报导中，水热法被广泛采用(MC.///cfo/go W a/.,Cato/.7kfa_y,^W7)。因为该方法具有设备投入少，温度低、容易控制等优点。通常这种方 法制备的一氧化钛呈锐钛矿相，可用于光催化反应，并获得微细晶粒和高的比表面积，但用 水热法制备负载型壳/核结构复合粉体的报道少见。专利技术目的本专利技术的目的就是针对上述己有技术存在的不足，提供一种用于降解有机污染物的具有 高光催化活性、大比表面积，并利用氧化铝基底的良好沉降性实现催化剂在水溶液中快速回 收的氧化铝基/片状纳米二氧化钛一核/壳结构复合微球光催化剂及其制备新方法。本专利技术的专利技术目的是通过以下技术方案实现的。一种氧化铝基/片状二氧化钛一核/壳结构复合微球光催化剂，其特征在于球形氧化铝基 底表面包裹了一层片状纳米二氧化钛颗粒膜，所述的球形氧化铝基底为可市售得到的纳米结构Y-氧化铝微球，粒径分布在10~30um，纳米二氧化钛呈片状，粒子厚度在100nm以下； 比表面积为138 160m2/g;氧化铝基体与包裹二氧化钛壳层的质量比为1: 0.05-1: 0.5。一种氧化铝基/片状二氧化钛一核/壳结构复合微球催化剂的制备方法，其特征在于其制备 过程的步骤包括(1) 用去离子水配制浓度为50~200g/L的球形Y-氧化铝悬浊液，向其中加入二氧化钛 含量占氧化铝质量5%~20%的工业级硫酸钛溶液，搅拌形成均匀混合悬浊液；用去离子水配 制浓度为0.4~1.0M的氨水或碳酸钠或碳酸氢铵碱性沉淀剂溶液，并以5~15mL/min的加料速 度连续缓慢地滴加到悬浊液中，使钛离子在悬浮颗粒上沉淀结晶，形成包裹层；(2) 待溶液pH值达到6 7时停止滴加沉淀剂，在室温下继续反应半小时以上，将悬浊 液整体移入带有加热和机械搅拌的反应釜中密封，在120 170'C下晶化2 5小时，自然冷 却到室温；然后取出，将沉淀物过滤、洗涤，在空气中于60 8(TC干燥10~12h，即得到片状 纳米二氧化钛包裹氧化铝核/壳复合微球光催化剂产品。对本专利技术提供的光催化剂的活性可用如下方法测试复合微球光催化剂在溶液中对于有机物氧化分解的光催化活性试验在常温下进行。准确 称量2克催化剂，然后将其加入到300mL浓度为0.05~0.15克/升的不同有机污染物水溶液中， 搅拌并不断通空气(30毫升/分钟)；在紫外灯(365纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铝基／片状二氧化钛－核／壳结构复合微球光催化剂，其特征在于：球形氧化铝基底表面包裹了一层片状纳米二氧化钛颗粒膜，所述的球形氧化铝基底为可市售得到的纳米结构γ－氧化铝微球，粒径分布在１０～３０μｍ，纳米二氧化钛呈片状，锐钛矿晶相，粒子厚度在１００ｎｍ以下，比表面积为１３８～１６０ｍ↑［２］／ｇ，氧化铝基体与包裹二氧化钛壳层的质量比为１∶０．０５～１∶０．５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景茂祥，李旺兴，李东红，
申请(专利权)人：中国铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[]