TiO*光催化剂在陶瓷表面负载的制备方法技术

本发明专利技术涉及ＴｉＯ↓［２］光催化剂在陶瓷表面的负载的制备方法。致密型陶瓷载体材料以ＴｉＯ↓［２］溶胶负载，且采用溶胶－凝胶法负载；ＴｉＯ↓［２］溶胶以钛酸丁酯或钛酸丙酯溶解于酸、醇、水中制备而成；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于ＴｉＯ↓［２］溶胶中２－４０ｍｉｎ，晾干；在炉内焙烧负载了溶胶的载体，从室温升至８０－２５０℃，保持１０－８０ｍｉｎ；然后升温至２５０－４００℃，保持２０－８０ｍｉｎ；再升温至４５０－５５０℃，保持４０－９０ｍｉｎ；随炉冷却至室温。ＴｉＯ↓［２］膜在经历了６个月、２６次光解试验后，苯酚的光解速率常数仅降低１０％左右，显示了较稳定的催化活性。

Process for preparing TiO* photocatalyst supported on ceramic surface

The present invention relates to TiO: 2 photocatalyst preparation method on ceramic surface load system. Dense ceramic carrier material with TiO: 2 Sol load, and the load by sol-gel method; TiO: 2 with butyl titanate sol or propyl titanate dissolved in acid, alcohol and water was prepared; the finished ceramic carrier cleaning, drying down dip in TiO 2 Sol 2 40min, dry; in the furnace roasting load of the sol carrier, from room temperature to 80 to 250 DEG C, 10 80min; and then heated to 250 to 400 DEG C, 20 80min; and then heated to 450 to 550 DEG C, 40 90min; with the furnace cooling to room temperature. TiO: 2 film after 6 months, 26 times the photolysis tests, the photolysis rate constant of phenol decreased only about 10%, showed more stable catalytic activity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及TiO2光催化剂在表面负载的制备方法。
技术介绍
光催化氧化法是基于光催化剂在水体系中因光作用产生氧化能力很强的活性氧(如羟基自由基等)，能使各种类型的有机化合物氧化，最终降解成水、CO2和无机物。对分子含有杂环或不饱和键的有机化合物(如染料、农药等)的效果更佳，是一种污水治理、饮用水净化很有潜力的方法。半导体TiO2是最典型的光催化剂，具有化学性质稳定、无毒性、价廉、反应条件平和，无二次污染等优点。但是粉末态TiO2难回收，另外，只有波长小于387nm的紫外光才能使它产生催化作用，这些致命的缺陷限制了它在废水治理中的应用。国内外人士为此做了不少探索，措施之一是将TiO2固定于载体上。已报道的载体有金属、玻璃、陶瓷和纺织纤维等，但有的载体负载后TiO2易脱落，有的载体易破损，很难在工业上应用。CN1587085筒式光催化反应器及其水处理方法，包括水槽，紫外灯，转筒，所述水槽上设置有进水口和出水口，所述转筒的两端通过设置有轴承的支撑板与支架连接，所述转筒水平设置在所述水槽内，调速电机通过同步齿型带与转筒外壁上的齿轮咬合进行传动，所述转筒的内壁上涂有TiO2光催化剂薄层，所述紫外灯设置在所述水槽的一侧或两侧的开孔处，本专利技术是将反应器的主体部分设计成转筒式，在转筒上负载催化剂TiO#-膜通过调节转筒的转速来改变处理废水和催化剂的分布，增加了催化剂、反应物和光源之间的接触面。CN1515352负载型光催化净化网块的制备方法，采用活性炭作为吸附剂、高效复合催化剂作为光催化剂、电气石作为辅助材料，将活性炭、复合光催化剂与电气石粉末通过物理机械混合方法进行有效复合制备得到多功能高效光催化剂，然后采用水性胶乳作为粘合剂，将多功能高效光催化剂与水性胶乳液混合、分散，制成稳定的悬浮浆液，最后采用喷涂或浸涂工艺将催化剂负载载体均匀粘覆上催化剂涂层，得到负载型光催化净化网块。CN1490079一种高吸附性光催化性能的玻璃微珠，由空心玻璃微珠载体和表层负载的由原位生成的纳米活性炭和经银或锌或铜金属氧化修饰的TiO2光催化薄膜组成。光催化剂薄膜具备纳米活性炭与复合光催化剂的优异性能。其主要制备工艺是在无水乙醇中加入糊化淀粉，光催化剂前驱体钛酸丁酯，二乙醇胺及聚乙二醇，硝酸银或硝酸铜或硝酸锌，搅拌制成溶胶，浸渍经清洗净化烘干的空心玻璃微珠，然后于保护气体中，在300～650℃下碳化—活化后，在玻璃微珠表面形成蜂窝状，纳米活性炭与纳米复合光催化剂结构的光催化剂薄膜。CN1491743无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料及制备，是一种在玻璃或陶瓷载体表面制备复合光催化剂薄膜的方法，制备的薄膜具备梯度成分变化、梯度性能变化及蜂窝结构，有亲水性能。薄膜为3～10层，用不同配方的溶胶多次负载而成。溶胶由无水乙醇、钛酸丁酯和二乙醇胺、聚乙二醇、硅酸乙酯、糊化淀粉、可溶性淀粉、硝酸银或硝酸铜或硝酸锌搅拌混合而成。经洗净的玻璃或陶瓷载体表面浸渍或涂覆所述的溶胶后，经高温炭化、活化处理，形成高吸附性纳米活性炭及亲水性能的梯度复合光催化剂薄膜。上述纳米活性炭与纳米复合光催化剂结构的光催化剂薄膜和玻璃或陶瓷载体表面制备复合光催化剂薄膜的方法对膜的是否保证纳米排列需要进行控制，高温炭化、活化处理的方法的仍须改进，这样才能形成实用的光催化剂薄膜。陶瓷是一种开发较晚、发展很快的致密型陶瓷，具有坯体烧结致密，孔隙率及吸水率低，能加工成不同形状和大小的容器等优点。尤其是它的高机械强度、抗震动、耐破损、低成本的特点，更赋予它成为一种理想的载体材料。但至今国内外尚未发现有关报道。本专利技术利用多年来一直从事染料、农药、除草剂、表面活性剂、石油及制品等有机污染物的光化学降解工作的经验。根据承担的“水环境中石油烃光化学降解的自由基作用机制”等项国家自然科学基金和多项设备开发和应用技术的课题。取得的“酚顿反应深度光氧化废水处理制备”和“光助芬顿反应、絮凝和微生物降解联合处理废水的方法”。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种TiO2光催化剂在陶瓷表面负载的制备方法，尤其是在致密型陶瓷——炻器为载体材料负载TiO2光催化剂。得到一种高机械强度、抗震动、耐破损、低成本的载体材料；形成具有高效催化效果的纳米TiO2光催化剂膜，保证TiO2纳米排列，方法容易控制，膜质量有所保证。并彻底解决TiO2在水处理中的流失的的问题。本专利技术目的还在于提供一种掺入Fe+3的TiO2光催化剂，使吸收光谱“蓝移”，提高催化效果。本专利技术的目的是这样实现的TiO2光催化剂在陶瓷表面负载的制备方法，在致密型陶瓷——陶瓷载体材料以TiO2溶胶负载，采用溶胶-凝胶法负载将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于TiO2溶胶中2-40min，晾干；在炉内焙烧负载了溶胶的载体，从室温升至80-250℃，保持10-80min；然后升温至250-400℃，保持20-80min；再升温至450-550℃，保持40-90min；随炉冷却至室温。可以钛酸丁酯或钛酸丙酯为原料，所述酸为盐酸、草酸、冰醋酸或甲基丙烯酸；所述醇为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇；钛酸丁酯与酸、醇、水、二乙醇胺的摩尔比1∶6-10∶8-2(0∶2-6∶1搅拌混合，得到均匀、透明的TiO2溶胶。在上述TiO2溶胶内，以摩尔比0.002-0.006的比例加入Fe(NO3)39H2O，得到掺Fe+3的溶胶。在所述TiO2溶胶或掺Fe+3的溶胶负载与焙烧2至6次。本专利技术TiO2溶胶是常规的溶胶一般以钛酸丁酯(或丙酯)为主要原料，辅料为酸、醇、水和能延长溶胶寿命的二乙醇胺进行制备。采用L16(45)正交试验，设计的5个因素分别是酸的种类(盐酸、草酸、冰醋酸、甲基丙烯酸)、酸量、醇的种类(乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇)、醇用量及水的用量；每个因素设计了4个水平。根据实验结果及统计分析，得到溶胶的最佳制备方案是将钛酸丁酯、冰醋酸、正丁醇、水、二乙醇胺按其摩尔比1∶8∶10∶3∶1搅拌混合，得到均匀、透明的TiO2溶胶，测得其粘度为4.93×103PaS。同时，另取一份与制备TiO2溶胶相同的试剂，按摩尔比0.003加入Fe(NO3)39H2O，得到掺Fe+3的溶胶。将以上负载与焙烧过程重复2-6次。本专利技术特点是提供将TiO2有效地负载于致密陶瓷——陶瓷表面的制备方法，得到一种高机械强度、抗震动、耐破损、低成本的载体；形成具有高效催化效果的纳米TiO2光催化剂膜，保证TiO2纳米排列，方法容易控制，膜质量有所保证。以彻底解决TiO2在水处理中的流失。通过向TiO2内掺入Fe+3，导致吸收光谱“蓝移”，促进光电转化，从而降低废水处理成本。本专利技术能为光催化氧化技术的应用提供可靠依据。分别制备了钛酸溶胶(TiO2的前驱物)和陶瓷载体；用溶胶—凝胶法及程序升温焙烧法实施了TiO2在陶瓷表面的负载；采用称重法得出TiO2的负载量为0.21mg/cm2；采用X衍射法(XRD)测定和计算，得到同样条件下制备的粉末TiO2晶型为完全的锐钛矿型，TiO2的平均粒径为15nm；采用扫描电镜法(SEM)测得负载膜的厚度为350～400nm，膜中TiO2粒径为15～20nm，且排列整齐；采用光电子能谱法(XPS)测得负载膜的主要成分为TiO2；通过苯酚在静态条件下的光解试本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＴｉＯ↓［２］光催化剂在陶瓷表面负载的制备方法，其特征是在致密型陶瓷载体材料以ＴｉＯ↓［２］溶胶负载，且采用溶胶－凝胶法负载；ＴｉＯ↓［２］溶胶以钛酸丁酯或钛酸丙酯溶解于酸、醇、水中制备而成；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于ＴｉＯ↓［２］溶胶中２－４０ｍｉｎ，晾干；在炉内焙烧负载了溶胶的载体，从室温升至８０－２５０℃，保持１０－８０ｍｉｎ；然后升温至２５０－４００℃，保持２０－８０ｍｉｎ；再升温至４５０－５５０℃，保持４０－９０ｍｉｎ；随炉冷却至室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令仁，任学昌，郭昌经，孔令申，黄立辉，史载峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]