一种固载二氧化钛的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种固载二氧化钛的方法及其应用，所述固载二氧化钛的方法包括以下步骤：先将硅溶胶与硅烷偶联剂混合均匀后，加入二氧化钛搅拌均匀，其中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为（0.6~2）：1；然后加入分散剂，混合搅拌得到混合物，将所述混合物喷涂在预处理过的载体铝合金网上，150~170℃条件下干燥0.5~5 h，得到硅溶胶固载的二氧化钛催化剂。采用本发明专利技术的技术方案，提高了固载的催化剂的牢固度，与现有技术相比，本发明专利技术的技术方案固载的催化剂具有更好的光催化效果，而且催化剂表面的裂痕问题得到解决。

【技术实现步骤摘要】
一种固载二氧化钛的方法及其应用
本专利技术属于催化剂
，尤其涉及一种固载二氧化钛的方法及其应用。
技术介绍
自发现TiO2光催化分解水的现象以来，TiO2因为其具有优异稳定的光物理、光化学性质而被广泛运用到材料、化学、光催化降解领域。随着经济的日益发展，环境污染问题越来越引起人们的重视，光催化的发现为解决环境污染的问题提供了一条重要途径。光催化的原理是光催化剂在光的照射下，当光子的能量高于光催化剂的吸收阙值，半导体的电子从禁带跃迁到倒带形成光生电子和空穴，光生电子的强还原性和空穴的强氧化性能够对污染物进行降解。近年来，对二氧化钛纳米材料光催化降解污染物的研究是最为广泛和深入的领域，并一定程度上被运用在空气净化、污染物处理等实际运用中。但在实际工程领域中，光催化并没有被广泛运用，主要的原因在于工业生产二氧化钛光催化剂为粉末状，在液相水条件下二氧化钛不易收集，难以重复利用；在气相条件下，风速较大时催化剂易流失。因此，光催化剂的固载显得至关重要。诸多公开文献和专利也介绍采用有机物作为粘结剂的涂层的制备，但是采用有机粘结剂对二氧化钛进行固载时有着较大的缺点，一方面有机粘结剂会较大程度的对催化剂的活性位点进行遮盖，另一方面二氧化钛可能会对粘结剂进行分解而使催化剂容易流失。与有机粘结剂相比，无机粘结剂不仅可以提供更大的比表面积，而且具有良好的耐光降解的能力。然而，硅溶胶固载二氧化钛的面会出现裂痕，会影响催化剂的牢固度，容易造成催化剂脱落，影响使用。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种固载二氧化钛的方法及其应用，与现有技术相比，具有更好的光催化效果，而且解决了催化剂表面的裂痕问题，另外，延长了催化剂的使用寿命。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种固载二氧化钛的方法，其包括以下步骤：步骤S1：将硅溶胶与硅烷偶联剂混合均匀后，加酸调节pH值至1~4，再加入二氧化钛搅拌均匀，其中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为（0.6~2）：1；即3：5~2：1；步骤S2：加入分散剂，混合搅拌得到混合物，将所述混合物喷涂在预处理过的载体上，150~170℃条件下干燥0.5~5h，得到硅溶胶固载的二氧化钛催化剂。其中，所述载体优选铝合金网。此技术方案中，采用硅溶胶作为粘结剂固载二氧化钛具有最优的光催化效果，采用此技术方案，解决了裂痕问题，同时对甲苯具有更好的催化降解活性。优选的，当硅溶胶与二氧化钛的质量比为3:4、分散剂为六偏磷酸钠、六偏磷酸钠的相对二氧化钛的质量分数为2%时，催化剂表现出最好的光催化效果，在3h内对甲苯的降解率为98%，矿化率为87%。另外，优选的，采用硅烷偶联剂对催化剂表面的裂痕具有改善作用，且改性的催化剂效果最好，当硅烷偶联剂对二氧化钛的质量比为3:10时，pH为2时，表现出最好的光催化效果，在3h内对甲苯的降解率为94%，矿化率为87%。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为（1~1.35）：1。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为4：3。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，加酸调节pH值至2。作为本专利技术的进一步改进，所述二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为10：(2~4)。优选的，所述二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为10：3。所述硅烷偶联剂优选为KH-570。作为本专利技术的进一步改进，所述分散剂为六偏磷酸钠、聚乙二醇或九合硅酸钠中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述分散剂为六偏磷酸钠，所述分散剂的用量为二氧化钛的质量的1~3%。作为本专利技术的进一步改进，所述分散剂的用量为二氧化钛的质量的2%。本专利技术还公开了一种固载二氧化钛的应用，所述固载二氧化钛采用如上任意一项所述的固载二氧化钛的方法得到的硅溶胶固载的二氧化钛催化剂，其应用于光催化降解污染物中。作为本专利技术的进一步改进，所述固载二氧化钛的应用条件为：所述污染物包括甲苯，所述甲苯的停留时间为30~90s，相对湿度为45~75%。优选的，所述甲苯的停留时间为50~90s，相对湿度为45~60%。随着停留时间的增加，催化剂对甲苯的降解率和矿化率都增加；随着相对湿度的增加，催化剂对甲苯的矿化率先增加后减少，当催化剂用量的增加时，催化剂对甲苯的降解率缓慢增加，矿化率快速增加；随着初始浓度的增加，催化剂对甲苯的降解率和矿化率都较快下降。催化剂对醛、酸、醇、醚等等挥发性有机物的降解较好，对酯类物质的效果相对要差。在催化剂连续使用3星期后依然对甲苯有88%的降解率，表现出较为良好的使用寿命。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：采用本专利技术的技术方案，提高了固载的催化剂的牢固度，与现有技术相比，本专利技术的技术方案固载的催化剂具有更好的光催化效果，对甲苯具有更好的催化降解活性，而且催化剂表面的裂痕问题得到解决，另外，延长了催化剂的使用寿命。附图说明图1是本专利技术采用不同粘结剂固载的二氧化钛对甲苯的降解曲线图。图2是本专利技术采用不同粘结剂固载的二氧化钛催化剂流失率随时间的变化图。图3是本专利技术采用不同二氧化钛与二氧化硅的质量比固载的催化剂降解甲苯的影响曲线。图4是本专利技术采用不同二氧化钛与二氧化硅的质量比固载的催化剂对甲苯的矿化曲线图。图5是本专利技术采用不同二氧化钛与二氧化硅的质量比固载的催化剂随时间的流失率。图6是本专利技术采用不同的分散剂制备催化剂的降解甲苯的影响曲线。图7是本专利技术添加不同分散剂比例固载的催化剂的降解甲苯的影响曲线。图8是本专利技术添加不同分散剂比例固载的催化剂对甲苯的矿化率图。图9是本专利技术实施例2的二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为4：3固载的催化剂的显微镜图，其中，图9a为放大30倍的形貌，图9b为放大80倍的形貌。图10是本专利技术采用氟碳乳液改性的固载的催化剂的显微镜图，其中，图10a为放大30倍的形貌，图10b为放大80倍的形貌。图11是本专利技术采用不同氟碳乳液加入量的催化剂降解甲苯的影响曲线。图12是本专利技术采用不同硅丙乳液加入量的催化剂降解甲苯的影响曲线。图13是本专利技术采用不同的KH-570硅烷偶联剂添加量改性的催化剂对甲苯的降解曲线。图14是本专利技术采用不同pH条件下固载的催化剂对甲苯的降解率。图15是本专利技术实施例8的催化剂在不同停留时间的甲苯的降解曲线图。图16是本专利技术实施例8的催化剂在不同停留时间的甲苯的矿化率曲线。图17是本专利技术实施例8的催化剂在不同相对湿度下的甲苯的降解曲线。图18是本专利技术实施例8的催化剂在不同相对湿度下的甲苯的矿化率曲线。图19是本专利技术实施例8的催化剂在不同甲苯的初始浓度下的甲苯的降解曲线。图20是本专利技术实施例8的催化剂在甲苯的初始浓度下的甲苯的矿化率曲线。图21是本专利技术实施例8的催化剂在不同催化剂的数量下的甲苯的降解曲线。图22是本专利技术实施例8的催化剂在不同催化剂的数量下的甲苯的矿化率曲线。图23是本专利技术实施例8的催化剂对不同的典型的挥发性有机物的降解曲线。图24是本专利技术实施例8的催化剂在对不同的典型的挥发性有机物降解的矿化率曲线。图25是本专利技术实施例9的催化剂的每隔一星期对催化剂对甲苯的降解率的统计图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明。实施例1将粘结剂硅溶胶与P25按硅溶胶的二氧化硅与二氧化钛的质量比为3：4进行混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固载二氧化钛的方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1：将硅溶胶与硅烷偶联剂混合均匀后，加酸调节pH值至1~4，再加入二氧化钛搅拌均匀，其中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为（0.6~2）：1；步骤S2：加入分散剂，混合搅拌得到混合物，将所述混合物喷涂在预处理过的载体上，150~170℃条件下干燥0.5~5 h，得到硅溶胶固载的二氧化钛催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种固载二氧化钛的方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1：将硅溶胶与硅烷偶联剂混合均匀后，加酸调节pH值至1~4，再加入二氧化钛搅拌均匀，其中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为（0.6~2）：1；步骤S2：加入分散剂，混合搅拌得到混合物，将所述混合物喷涂在预处理过的载体上，150~170℃条件下干燥0.5~5h，得到硅溶胶固载的二氧化钛催化剂。2.根据权利要求1所述的固载二氧化钛的方法，其特征在于：步骤S1中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为（1~1.35）：1。3.根据权利要求2所述的固载二氧化钛的方法，其特征在于：步骤S1中，所述二氧化钛与硅溶胶中二氧化硅的质量比为4：3。4.根据权利要求2所述的固载二氧化钛的方法，其特征在于：步骤S1中，加酸调节pH值至2。5.根据权利要求1所述的固载二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣淑，谭剑，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44