可回收TiO*-SiO*复合气凝胶光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可回收的ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶光催化剂及其制备方法，其特征在于先利用溶胶－凝胶法分别制备ＴｉＯ↓［２］溶胶和ＳｉＯ↓［２］溶胶，再将二者按一定比例混合得到混合溶胶，然后经缩聚反应，得到ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合醇凝胶，干燥后便制得ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶，再将其焙烧６～８ｈ后得到复合气凝胶团聚体。得到的复合气凝胶团聚体的介孔径分布在２．５ｎｍ～１０ｎｍ之间，粒径分布在１０ｎｍ～１５ｎｍ之间，而其团聚体颗粒直径大小都在０．１ｍｍ～０．３ｍｍ之间，同现有技术相比的优点在于：制备的ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶具有比表面积大、孔隙率高、孔分布均匀等特点，其中ＴｉＯ↓［２］为锐钛矿晶型。与ＴｉＯ↓［２］纳米粉末吸收剂相比，ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶光催化活性更高，光催化效果更好，而且由于气凝胶团聚体颗粒较大，便于复合气凝胶的再生回收利用，可广泛用于大量污水处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化剂
，涉及一种可回收Ti02-Si02复合气凝胶光催化剂及其 制备方法。
技术介绍
近年来，我国的水污染问题已日益严峻，传统的污水处理方法已越来越不能满足实际 问题的需要。高活性非均相半导体光催化材料的研究给污水处理问题带来了一线曙光，由 于这种光催化材料只需日照条件便可分解或吸收水中的污染物，因此受到广大科研工作者 的广泛重视，有关这方面的研究论文和专利也越来越多。半导体催化剂如Ti02、 ZnO、 CdS、 W03、 Sn02、 Fe203等在废水处理，空气净化， 光化学电池等方面都显示出了广阔得前景。在众多半导体材料中，Ti02因其催化活性高， 稳定性好，价廉，无毒等优点而倍受关注。1976年，加拿大科学家Carey等将1102光催 化应用于剧毒多氯联苯的降解研究，揭开了半导体Ti02光催化在环保中应用的研究序幕。 1983年Pruden等在Ti02体系中发现了卤代有机物如三氯乙烯，二氯甲烷等的光致矿化， 由于这一功能可能为治理水、空气等环境污染提供新的方法和手段，所以Ti02立即成为半 导体光催化研究中最为活跃的领域。Ti02用于光催化剂降解具有独特优点它不仅具有氧 化能力强，无选择，能耗低降解完全等优点，而且在价廉，无毒，无二次污染，可长期使 用等方面也优于传统的化学氧化法，因而备受关注。目前应用较多的光催化剂是Ti02粉末以及镀在玻璃、陶瓷等固体表面的Ti02薄膜。 其中Ti02粉末光催化剂的制备工艺成熟，价格低廉，但为了要增加有效的表面积，采用的 粒径往往很小，通常只有几微米，在使用过程中回收非常困难。Ti02薄膜一般通过溶胶-凝胶过程和涂覆工艺制备，它作为固定相光催化剂，避免了难以回收的问题，但是单位面 积薄膜上Ti02的担载量较低，而且降低了 Ti02的光催化性能，因此不太适合于大规模的 污水处理。Ti02-Si02气凝胶光催化剂是由纳米粒子或者高聚物分子相互聚结而构成的多孔 固体材料，其内部孔洞和基本组成颗粒的尺寸均处于纳米量级，孔分布均匀，透光性能好， 是理想的催化剂和催化剂载体。与粉体和薄膜不同，Ti02气凝胶为具有高比表面积的介孔 材料，污染物可在其内外表面同时进行吸附和降解。Ti02气凝胶与Ti02粉末虽然都是非固定相光催化剂，但是Ti02气凝胶可以制成块状和颗粒状固体，作为光催化剂的表观粒径比 Ti02粉末大得多，因此回收再利用极为方便。Si02的引入是主要通过改变催化剂的微观结 构和表面状态来提高Ti02的光催化活性。Si02本身不具备光催化活性，但通过它的加入对Ti02的结构和各种性能特征都产生了重要影响它能有效抑制Ti02晶粒的长大，能显著提高了Ti02的相变温度，还能增大复合催化剂的比表面积和表面缺陷。张金龙等在专利CN 1594102A上公开了一种二氧化钛介孔材料的制备方法，该材料是利用钛酸盐水解法制得 纳米粒子，再以表面活性剂为连接剂将纳米粒子连接而成的，其中纳米二氧化钛粒子为锐 钛矿相，但是根据我们的试验证明，用钛酸盐水解法一般得不到纳米级颗粒，而且该专利 仅是Ti02—元物质。Deng等在Nanostructure Materialsll (1999) 1313上报道了 1102气凝胶 以及不同比例的Ti02-Si02气凝胶对苯酚的光催化降解性能，但是该文献没有提供制备工 艺。Anderson等在J Phys Chem B 101 (1997) 2611上报道了 Ti02与Si02之间存在协同效应 的观点，但是仅是Si0 2以分子或小颗粒的形式均匀分散在Ti02周围，没有形成化学键， 故化学稳定性不好。顾明元等在专利CN 1273214C上公开了一种氮化TK)2-Si02复合粉体 催化剂，但是得到的是光催化粉体，而不是复合型气凝胶，不利于回收和再利用。
技术实现思路
针对上述Ti02粉末光催化剂、Ti02薄膜、以及Ti02-Si02复合体气凝胶的现有技术中 存在的种种缺陷，本专利技术的目的在于，提供一种可以在大规模水处理中作光催化氧化剂的 催化活性高、化学稳定性好、比表面积大、孔隙率高、孔分布均匀、便于回收利用的Ti02-Si02 复合气凝胶光催化剂及其制备方法。现将本专利技术构思及技术解决方案叙述如下本专利技术的Ti02-Si02复合气凝胶光催化剂的制备方法，采用溶胶凝胶法，先分别制得Si02溶胶和TiCb溶胶，其特征在于将二者按一定比例混合，得到混合溶胶，经縮聚反应，得到Ti02-Si02复合醇凝胶，干燥后便制得Ti02-Si02复合气凝胶，具体包括如下步骤步骤1 .Si02溶胶的制备步骤l丄取正硅酸乙酯倒在烧杯中，再将无水乙醇倒入烧杯，边倒边搅拌，之后加入去离子水，正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的体积比百分比为(4 6):(6 9):1;步骤1.2.用硝酸调整上述混合溶液的pH值为0.4~1.0;让上述溶液在45 85'C恒温下 水解30 60min，然后静置3~5h，得到Si02溶胶；步骤2.Ti02溶胶的制备步骤2丄将钛酸丁酯和无水乙醇按0.5 1.5:1 2比例均匀混合，并滴加适量甲酰胺，用 硝酸调节溶液pH为0.5~1.2，得溶液1;步骤2.2.将无水乙醇和去离子水按(6 10):1比例均匀混合，无水乙醇体积与溶液1中 钛酸丁酯体积比控制在(1 1.2):1，并用硝酸调节溶液pH为0.6 1.0，得溶液2;步骤2.3.在磁力搅拌器的强力搅拌下，室温下将溶液2用滴管缓慢滴加到溶液1中， 速度大约为80 100滴/min,，继续搅拌卜2min，使溶液混合均匀，即得1102溶胶；步骤3.Ti02-Si02复合气凝胶的制备步骤3丄将制得的Si02溶胶用滴管缓慢滴加到制备的Ti02溶胶中，所述滴定所用Si02溶胶中Si元素物质的量与Ti02溶胶中Ti元素物质的质量比n(Si):n(Ti)=(0.1~<l):l;同时用磁力搅拌器不停搅拌；步骤3.2.将所得Ti02-Si02复合溶胶静置让其凝聚，得到Ti02-Si02复合醇凝胶；醇凝 胶静置陈化10 24h，再用无水乙醇浸泡24 48h，其间无水乙醇应多换几次；步骤3.3.陈化后的醇凝胶先在常温下自然干燥24~72h，然后在40 7(TC真空干燥 12~24h，即得Ti02-Si02复合气凝胶;Ti02-Si02复合气凝胶；步骤3.4.在650 75(TC焙烧6~8h,得到复合气凝胶团聚体。根据上述方法制得的本专利技术可回收TiOrSi02复合气凝胶光催化剂，其特征在于Ti02-Si02复合气凝胶光催化剂中的Ti02为锐钛矿型；Ti02-Si02复合气凝胶光催化剂为介孔材料，其介孔径分布在2.5nm 10nm之间；晶粒直径分布在10nm 15nm之间；比表面积 在80~250 m2/g之间；孔体积在0.2~0.9 cm3/g之间；其焙烧后团聚体颗粒直径大小在 0.1mm 0.3mm之间。表1 700 。C焙烧7h的Ti02-x%Si02复合气凝胶的比表面积和孔体积<table>table see original document page 6</column></row><table>本专利技术同现有技术相比的优点在于制备的Ti02-S本文档来自技高网...

【技术保护点】
可回收ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶光催化剂的制备方法，采用溶胶凝胶法，先分别制得ＳｉＯ↓［２］溶胶和ＴｉＯ↓［２］溶胶，其特征在于：将二者按一定比例混合，得到混合溶胶，经缩聚反应，得到ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合醇凝胶，干燥后便制得ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶，具体包括如下步骤：步骤１．ＳｉＯ↓［２］溶胶的制备：步骤１．１．取正硅酸乙酯倒在烧杯中，再将无水乙醇倒入烧杯，边倒边搅拌，之后加入去离子水；步骤１．２．用硝酸调整上述混合溶液的ｐＨ值；让上述溶液在恒温下水解，然后静置，得到ＳｉＯ↓［２］溶胶；步骤２．ＴｉＯ↓［２］溶胶的制备：步骤２．１．将钛酸丁酯和无水乙醇均匀混合，并滴加适量甲酰胺，用硝酸调节溶液ｐＨ得溶液１；步骤２．２．将无水乙醇和去离子均匀混合，并用硝酸调节溶液ｐＨ，得溶液２；步骤２．３．在磁力搅拌器的强力搅拌下，室温下将溶液２用滴管缓慢滴加到溶液１中，搅拌，使溶液混合均匀，即得ＴｉＯ↓［２］溶胶；步骤３．ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶的制备：步骤３．１．将制得的ＳｉＯ↓［２］溶胶用滴管缓慢滴加到制备的ＴｉＯ↓［２］溶胶中，同时用磁力搅拌器不停搅拌；步骤３．２．将所得ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合溶胶静置让其凝聚，得到ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合醇凝胶；醇凝胶静置陈化后，再用无水乙醇浸泡，其间无水乙醇应多换几次；步骤３．３．陈化后的醇凝胶先在常温下自然干燥，然后在真空中干燥，即得ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶；步骤３．４．将上述ＴｉＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶在６５０～７５０℃焙烧６～８ｈ后得到复合气凝胶团聚体。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏勋家，侯根良，刘朝辉，毕松，张煜东，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二炮兵工程学院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]