一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法，属于催化剂制备技术领域。所述方法按照以下步骤进行：a.将基体材料进行清洗、干燥，以除去基体材料表面的附着物，然后通过电晕活化处理对基体材料表面进行修饰；b.利用原子层沉积技术在活化后的基体材料表面沉积功能纳米TiO2薄膜，得到TiO2功能纳米复合材料；c.将TiO2功能纳米复合材料在空气氛围中500‑600℃进行退火处理，得到用于降解有机污染物的光催化剂。本发明专利技术目的在于提供一种能制备比表面积大、催化活性高、具有良好透光性、能回收利用及光响应范围大的光催化剂，且制备过程高度可控，成本和能耗低，可反复利用，对生态环境无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法，属于催化剂制备

技术介绍
随着国家不断的发展与进步，产生的生活及工业污水也在逐渐增大，尤其工业排放的废水具有成分复杂、有机化合物含量高、生化需氧量大、难降解等特点，因此，净化处理技术具有非常重要的现实意义。有机化合物属于难降解污染物，易造成水体富营养化、环境污染等问题，其中氧化还原法、物理吸附法、生物降解等方法成为解决生活及工业污水的重要途径之一，虽然这些方法能在一定程度上解决废水及废气等污染问题，但不能适应未来环境治理的要求，高效率、低成本和低能耗。近年来发展的光化学催化的方法为治理环境中有毒有害的难降解持久性有机物的处理提供了良好的途径，其中具有锐钛矿型的TiO2已经成为光催化剂被广泛研究的对象，TiO2是典型的N型半导体，锐钛矿型TiO2禁带隙值是3.2eV，具有成本低廉、无毒、催化活性高和光化学稳定性好等优点。因此，制备比表面积大、催化活性高、化学稳定性好的锐钛矿型TiO2成为目前光催化剂研究的热点。中国专利号CN105032479A，公开日是2015年11月11日，名称为“一种TiO2光催化剂的制备方法”，该方法以天然沸石为载体，以钛酸四丁酯为前驱物，采用溶胶-凝胶法制备得到天然沸石负载型光催化剂，该工艺得到的光催化剂不仅具有光催化效应，同时具有一定的吸附功能。但制备的TiO2粒径较大，光催化效率低，且TiO2粒子在天然沸石表面附着力差，容易出现剥离或脱落，从而影响光催化效应。中国专利公开号CN105107538A，公开日是2015年12月2日，名称为“一种硫氮掺杂TiO2光催化剂的制备方法”，该方法首先将硝酸加入钛酸四丁酯形成混合溶液，然后按元素配比加入硫代乙酰胺，经过水热反应、洗涤及干燥制得硫氮掺杂TiO2光催化剂，在Cr(VI)催化降解过程中催化活性高。但该方法制备效率低、催化范围小，对于Cr(VI)等强氧化剂才能凸显催化效率。中国专利公开号CN105536765A，公开日是2016年5月4日，名称为“一种贝壳基掺硼二氧化钛复合光催化剂及其制备方法”，该工艺以钛酸酯为前驱体，硼酸和贝壳粉为添加物制备初始反应液，然后经过水热反应、研磨及煅烧等操作，得到的贝壳基掺硼二氧化钛复合光催化剂具有活性高，能回收利用等优点，但制备工艺复杂，效率低，且可能带来二次污染。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为，一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法，所述的方法按以下步骤进行：a.将基体材料置于有机溶剂中超声清洗30-60min，再用去离子水进行浸泡20min，以除去基体材料表面的残留溶剂，处理后的基体材料用氮气吹干，备用；所用的有机溶剂为甲醇或乙醇或丙醇或异丙醇或正丁醇或乙醚或丙酮或丁酮或氯仿中的一种。b.将经步骤a得到的清洁后的基体材料采用低温电晕辐照处理5-10min，得到活化的基体材料，其中，低温电晕辐照的温度为10-45℃，低温电晕辐照的电压为6-15KV，低温电晕辐照的距离为0.5-3cm，所用的基体材料为分解温度低于280℃的多孔性材料或半导体材料或天然高分子材料或合成高分子聚合物类材料，其中，多孔性材料包括碳纤维、微球、硅胶，天然高分子材料包括纸、棉纤维及其织物、竹纤维及其织物、麻纤维及其织物、蚕丝纤维及其织物、羊毛纤维及其织物、羽绒纤维及其织物、大豆蛋白纤维及其织物、牛奶蛋白纤维及其织物，半导体材料包括单晶硅片，单晶锗片，合成高分子聚合物类材料包括粘胶纤维或织物、醋酯纤维或织物、涤纶纤维或织物、维纶纤维或织物、腈纶纤维或织物、铜氨纤维或织物。c.将经步骤b处理后的活化基体材料置于原子层沉积设备的反应腔体内，并用纯度为99.9999％的氮气吹扫3-10min，腔体温度控制在120-200℃，腔体压力控制在50Pa-80Pa，然后以纯度大于97％的TiCl4或四异丙醇钛为钛源，去离子水为氧源，沉积时将TiCl4或四异丙醇钛加热至60-120℃形成TiCl4或四异丙醇钛蒸气，然后脉冲至反应腔体内，脉冲时间为0.05-0.5s，暴露时间为8-25s，再用纯度为99.9999％的氮气吹扫，吹扫时间为15-30s，然后将去离子水脉冲至反应腔体内，脉冲时间为0.01-0.2s，暴露时间为8-25s，再用纯度为99.9999％的氮气吹扫，吹扫时间为15-30s，完成一次沉积循环，即在基体材料表面沉积了一层钛基功能纳米薄膜。d.重复步骤c的沉积循环100-10000次，得到钛基功能纳米复合材料。e.将经步骤d得到的钛基功能纳米复合材料在空气氛围中500-600℃退火0.5-4h，得到用于降解有机污染物的光催化剂。制备的锐钛矿型TiO2能降解的有机污染物为氯化茚、七氯化茚、氯化茨烯、六氯苯、多氯联苯、多氯二苯并二恶英、多氯二苯并呋喃、酸性染料(酸性艳红E-B)、冰染染料(色酚AS)、阳离子染料(碱性嫩黄O)、直接染料(直接黑OB)、分散染料(分散艳黄)、活性染料(活性艳橙X-2R)、硫化染料(硫化蓝CV)、还原染料(还原红2G)、溶剂染料(溶剂黄BL)中的一种或几种。由于采用以上技术方案，本专利技术提供的一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法的有益效果是:(1)本专利技术采用原子层沉积技术制备锐钛矿型TiO2，制备工艺简单、操作方便、生产效率高、成本和能耗低，制备的TiO2通过化学键键合的方式形成在基体材料表面，且分布均匀，粒子的保形性好，能有效防止TiO2粒子在制备过程中出现团聚而降低比表面积，使得光催化效率降低。(2)本专利技术在制备锐钛矿型TiO2过程中，所用的基体材料品种繁多，适用范围广，煅烧以后残留物不影响TiO2本身的功能化特性，同时，也可以对废旧基体材料进行利用，提高基体材料的利用率。(3)本专利技术制备的锐钛矿型TiO2具有良好的透光性、催化活性高、能回收利用及光响应范围大，对于多种难降解的有机化合物的光催化降解效果较好，无论是偶氮的还是非偶氮，酸性的还是碱性，都具有快速降解的效果。附图说明图1为煅烧产物锐钛矿型TiO2的XRD图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述。一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法，所述方法按以下步骤进行:a.将基体材料置于有机溶剂中超声清洗30-60min，再用去离子水进行浸泡20min，以除去基体材料表面的残留溶剂，处理后的基体材料用氮气吹干，备用；所用的有机溶剂为甲醇或乙醇或丙醇或异丙醇或正丁醇或乙醚或丙酮或丁酮或氯仿中的一种。b.将经步骤a得到的清洁后的基体材料采用低温电晕辐照处理5-10min，得到活化的基体材料，其中，低温电晕辐照的温度为10-45℃，低温电晕辐照的电压为6-15KV，低温电晕辐照的距离为0.5-3cm，所用的基体材料为分解温度低于280℃的多孔性材料或半导体材料或天然高分子材料或合成高分子聚合物类材料。其中，多孔性材料包括碳纤维、微球、硅胶，天然高分子材料包括纸、棉纤维及其织物、竹纤维及其织物、麻纤维及其织物、蚕丝纤维及其织物、羊毛纤维及其织物、羽绒纤维及其织物、大豆蛋白纤维及其织物、牛奶蛋白纤维及其织物，半导体材料包括单晶硅片，单晶锗片，合成高分子聚合物类材料包括粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：a.将基体材料置于有机溶剂中超声清洗30‑60min，再用去离子水进行浸泡20min，以除去基体材料表面的残留溶剂，处理后的基体材料用氮气吹干，备用；b.将经步骤a得到的清洁后的基体材料采用低温电晕辐照处理5‑10min，得到活化的基体材料，其中，低温电晕辐照的温度为10‑45℃，低温电晕辐照的电压为6‑15KV，低温电晕辐照的距离为0.5‑3cm；c.将经步骤b处理后的活化基体材料置于原子层沉积设备的反应腔体内，并用纯度为99.9999％的氮气吹扫3‑10min，腔体温度控制在120‑200℃，腔体压力控制在50Pa‑80Pa，然后以纯度大于97％的TiCl4或四异丙醇钛为钛源，去离子水为氧源，沉积时将TiCl4或四异丙醇钛加热至60‑120℃形成TiCl4或四异丙醇钛蒸气，然后脉冲至反应腔体内，脉冲时间为0.05‑0.5s，暴露时间为8‑25s，再用纯度为99.9999％的氮气吹扫，吹扫时间为15‑30s，然后将去离子水脉冲至反应腔体内，脉冲时间为0.01‑0.2s，暴露时间为8‑25s，再用纯度为99.9999％的氮气吹扫，吹扫时间为15‑30s，完成一次沉积循环，即在基体材料表面沉积了一层钛基功能纳米薄膜；d.重复步骤c的沉积循环100‑10000次，得到钛基功能纳米复合材料；e.将经步骤d得到的钛基功能纳米复合材料在空气氛围中500‑600℃退火0.5‑4h，得到用于降解有机污染物的光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种用于降解有机污染物光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：a.将基体材料置于有机溶剂中超声清洗30-60min，再用去离子水进行浸泡20min，以除去基体材料表面的残留溶剂，处理后的基体材料用氮气吹干，备用；b.将经步骤a得到的清洁后的基体材料采用低温电晕辐照处理5-10min，得到活化的基体材料，其中，低温电晕辐照的温度为10-45℃，低温电晕辐照的电压为6-15KV，低温电晕辐照的距离为0.5-3cm；c.将经步骤b处理后的活化基体材料置于原子层沉积设备的反应腔体内，并用纯度为99.9999％的氮气吹扫3-10min，腔体温度控制在120-200℃，腔体压力控制在50Pa-80Pa，然后以纯度大于97％的TiCl4或四异丙醇钛为钛源，去离子水为氧源，沉积时将TiCl4或四异丙醇钛加热至60-120℃形成TiCl4或四异丙醇钛蒸气，然后脉冲至反应腔体内，脉冲时间为0.05-0.5s，暴露时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凤翔，杨辉宇，徐卫林，刘欣，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42