一种纳米二氧化钛光催化降解剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于废水处理技术领域，具体公开一种纳米二氧化钛光催化降解剂及其制备方法。其结构为：纳米二氧化钛颗粒均匀分布在酚醛树脂中空微球的表面。制备方法，包括以下步骤：S1、在碱性条件下，用纳米二氧化硅、苯酚、甲醛经过缩合聚合制备纳米二氧化硅改性酚醛树脂；S2、将S1制备的纳米二氧化硅改性酚醛树脂与纳米二氧化钛复合；复合结束后，加入氢氧化钠溶液，直至完全溶解掉二氧化硅，分离、干燥，最后在氮气气氛下，450~550℃烧结12~48h，得到纳米二氧化钛光催化降解剂。所得纳米二氧化钛光催化降解剂具有良好的光降解效率；制备方法易操作。

Nano titanium dioxide photocatalytic degradation agent and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of wastewater treatment, in particular discloses a nano titanium dioxide photocatalytic degradation agent and a preparation method thereof. The structure is as follows: nanometer titanium dioxide particles are uniformly distributed on the surface of the phenolic resin hollow microsphere. The preparation method comprises the following steps: S1, in alkaline conditions, using nano silica, phenol and formaldehyde by condensation polymerization preparation of nano silica modified phenolic resin; S2, nano silica prepared by S1 modified phenolic resin with nano-SiO2 composite; after adding sodium hydroxide solution, until completely dissolved silica, separation, drying, finally in nitrogen atmosphere, 450~550 C 12~48h sintering, nano titanium dioxide photocatalytic degradation agent. The Nano Titania Photocatalytic degradation agent has good photodegradation efficiency, and the preparation method is easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化钛光催化降解剂及其制备方法
本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种纳米二氧化钛光催化降解剂及其制备方法。
技术介绍
最近几年，全国废水排放总量呈现出逐年上升的态势，给生态环境造成了严重的破坏，同时威胁了人们的生存用水安全。深度优化降低废水的COD、BOD和色度值，对整体状况会有大的改观。宽禁带的半导体二氧化钛以优良的光电、光化学等性能，以及简单的制备工艺受到了科研工作者们的广泛关注。由于其Fermi能级较高、吸附氧能力和羟基化作用强，且化学性质稳定，具有光催化氧化性能，可被太阳光激发，在水相中对有机类污染物有良好的催化降解作用，使得其在除污净化废水方面具有广泛的发展和应用。但现有二氧化钛作为光催化降解剂，其降解作用和净化水效果并不理想。
技术实现思路
为提高现有的净化效果，本专利技术的目的在于提供一种纳米二氧化钛光催化降解剂及其制备方法，所得纳米二氧化钛光催化降解剂具有良好的光降解效率；制备方法易操作。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种纳米二氧化钛光催化降解剂，其结构为：纳米二氧化钛颗粒均匀分布在酚醛树脂中空微球的表面。制备方法，包括以下步骤：S1、纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备：在碱性条件下，用纳米二氧化硅、苯酚、甲醛经过缩合聚合制备纳米二氧化硅改性酚醛树脂；S2、纳米二氧化钛光催化降解剂的制备：将S1制备的纳米二氧化硅改性酚醛树脂与纳米二氧化钛复合；复合结束后，加入氢氧化钠溶液，直至完全溶解掉二氧化硅，分离、干燥，最后在氮气气氛下，450~550℃烧结12~48h，得到纳米二氧化钛光催化降解剂。较好地，S1的步骤为：S1.1、向硅溶胶中加入无水乙醇，然后搅拌至形成凝胶，离心，得到沉淀，将沉淀烘干，获得纳米二氧化硅；S1.2、将NaOH、苯酚和水在40~60℃的条件下，搅拌均匀；S1.3、取质量分数35~40%的甲醛溶液，将S1.1制备的纳米二氧化硅放入其中，搅拌均匀；S1.4、将S1.2体系升温至60~70℃，每隔10~15min分3~4次加入S1.3所得甲醛混合物；加入甲醛混合物完毕后，维持60~65℃，反应4~4.5h；S1.5、升温至75~80℃，继续反应1~2h，然后减压蒸馏至体系粘度不变时，自然冷却至60℃以下，加入质量分数60~70%的对甲苯磺酸水溶液进行固化，直至pH=6-7，得到纳米二氧化硅改性酚醛树脂。较好地，S1.1中，按质量体积比计，硅溶胶∶无水乙醇=50~100g∶80~200mL。较好地，S1.2和S1.3中，按质量体积比计，NaOH∶苯酚∶水∶质量分数35~40%的甲醛溶液∶纳米二氧化硅=2.8~5.4g∶188~276g∶5~10mL∶290~300g∶50~140g。较好地，S2的步骤为：S2.1、将酞酸丁酯和无水乙醇置于容器中，密封，超声分散均匀；S2.2、将混合均匀的酞酸丁酯和无水乙醇倒入反应瓶中，再加入纳米二氧化硅改性酚醛树脂，常温搅拌15~30min；S2.3、将生成物倒入离心管内，离心，倒掉乙醇，反复用无水乙醇洗涤，直至上层的乙醇无色透明为止，收集离心管管底的物质，以该收集物代替s2.2中的纳米二氧化硅改性酚醛树脂，以同样的方式，重复步骤S2.1-S2.3数次；S2.4、向最后收集的离心管管底物质中，加入氢氧化钠溶液，直至完全溶解掉二氧化硅，分离、干燥，最后在氮气气氛下，450~550℃烧结12~48h，得到纳米二氧化钛光催化降解剂。较好地，S2.1和S2.2中，按照质量体积比，钛酸丁酯∶无水乙醇∶纳米二氧化硅改性酚醛树脂=1~2mL∶4~8mL∶10~15g。本专利技术中，先用二氧化硅与酚醛树脂进行反应，通过改性，可以得到微纳米结构的酚醛微球，进而与二氧化钛进行复合，可以得到比表面积大、活性点多的纳米二氧化钛/酚醛树脂复合材料，即本专利技术的纳米二氧化钛光催化降解剂。纳米二氧化钛因其活性太大，而容易发生团聚情况，造成比表面积减小，降低了催化降解效果；二氧化硅和酚醛树脂进行反应，可以得到微纳结构的酚醛微球，之后与纳米二氧化钛复合，由于二氧化硅和二氧化钛有协同作用，可以使纳米二氧化钛均匀分散，之后通过氢氧化钠溶液溶解内部纳米二氧化硅，增加了接触面积，一定程度上提高了催化降解能力。因此，二氧化硅的引入起到了对二氧化钛的生长协同作用和对酚醛树脂进行改性的作用，纳米二氧化钛和酚醛树脂实现了有机无机复合。有益效果：1、本专利技术所得纳米二氧化钛光催化降解剂，与当前技术相比，不仅能够克服纳米二氧化钛分散不均匀的问题，还有效地增加了二氧化钛与有害物质的接触面积，提高了二氧化钛的降解效率，能够有效提升废水处理的效率；2、本专利技术的光催化降解剂可代替传统的光催化降解剂用于废水净化领域，解决废水排放对环境的污染问题，在不影响净化效果的同时具有环保的特点；3、本专利技术的制备方法，步骤简单，易操作，制备条件温和易控制，效率高。附图说明图1是实施例1之步骤S1制备得到的纳米二氧化硅改性酚醛树脂的红外光谱图。图2是实施例1之步骤S1制备得到的纳米二氧化硅改性酚醛树脂的的XRD图。图3是实施例1之步骤S1制备得到的纳米二氧化硅改性酚醛树脂的TEM图。图4是实施例1之步骤S2.3最后收集的离心管管底物质的TEM图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的介绍。实施例1一种纳米二氧化钛光催化降解剂的制备方法，包括以下步骤：S1、纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备：S1.1、取90g硅溶胶于500ml的烧杯中，加入80mL无水乙醇，然后搅拌至形成凝胶，离心，得到沉淀，将沉淀放入烘箱内干燥，获得纳米二氧化硅；S1.2、在水浴锅中放入三口烧瓶，将2.8gNaOH、188g苯酚和10mL水放入三口烧瓶中，在50℃的条件下，机械搅拌30min；S1.3、取质量分数37%的甲醛溶液292g，将90gS1.1制备的纳米二氧化硅放入其中，磁力搅拌均匀；S1.4、将水浴锅升温至60℃，每隔10min分3次加入S1.3所得甲醛混合物；加入甲醛混合物完毕后，维持60℃不变，反应4h；S1.5、升温至80℃，继续反应1h，然后减压蒸馏至体系粘度不变时，自然冷却至60℃以下，加入质量分数70%的对甲苯磺酸水溶液，直至PH=6-7，得到纳米二氧化硅改性酚醛树脂。S2、纳米二氧化钛光催化降解剂的制备：S2.1、向塑料杯内加入2mL酞酸丁酯和8mL无水乙醇置于容器中，盖上保鲜膜，超声20min；S2.2、将混合均匀的酞酸丁酯和无水乙醇倒入三口烧瓶中，再加入10g纳米二氧化硅改性酚醛树脂，加入磁子，以15r/s的速度旋转，常温搅拌20min；S2.3、将生成物倒入离心管内，用离心机以6000r/min旋转，将乙醇倒掉，多次反复用无水乙醇洗涤，直至上层的乙醇无色透明为止，收集离心管管底的物质，以该收集物代替s2.2中的纳米二氧化硅改性酚醛树脂，以同样的方式，重复步骤S2.1-S2.3五次；S2.4、向最后收集的离心管管底物质中，加入氢氧化钠溶液至完全溶解掉二氧化硅，分离、干燥，最后在氮气气氛下，500℃烧结24h，得到纳米二氧化钛光催化降解剂。图1是实施例1之步骤S1制备得到的纳米二氧化硅改性酚醛树脂的红外光谱图（横坐标单位为cm-1，纵坐标B代表峰值强度），图中3400cm-1处的峰是羟甲基特征峰，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化钛光催化降解剂，其特征在于，其结构为：纳米二氧化钛颗粒均匀分布在酚醛树脂中空微球的表面。

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化钛光催化降解剂，其特征在于，其结构为：纳米二氧化钛颗粒均匀分布在酚醛树脂中空微球的表面。2.一种制备如权利要求1所述纳米二氧化钛光催化降解剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备：在碱性条件下，用纳米二氧化硅、苯酚、甲醛经过缩合聚合制备纳米二氧化硅改性酚醛树脂；S2、纳米二氧化钛光催化降解剂的制备：将S1制备的纳米二氧化硅改性酚醛树脂与纳米二氧化钛复合；复合结束后，加入氢氧化钠溶液，直至完全溶解掉二氧化硅，分离、干燥，最后在氮气气氛下，450~550℃烧结12~48h，得到纳米二氧化钛光催化降解剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1的步骤为：S1.1、向硅溶胶中加入无水乙醇，然后搅拌至形成凝胶，离心，得到沉淀，将沉淀烘干，获得纳米二氧化硅；S1.2、将NaOH、苯酚和水在40~60℃的条件下，搅拌均匀；S1.3、取质量分数35~40%的甲醛溶液，将S1.1制备的纳米二氧化硅放入其中，搅拌均匀；S1.4、将S1.2体系升温至60~70℃，每隔10~15min分3~4次加入S1.3所得甲醛混合物；加入甲醛混合物完毕后，维持60~65℃，反应4~4.5h；S1.5、升温至75~80℃，继续反应1~2h，然后减压蒸馏至体系粘度不变时，自然冷却至60℃以下，加入质量分数60~70%的对甲苯磺酸水溶液进行固化，直至p...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轩，王海旺，李颖，魏新芳，唐嘉玮，杨佩涛，靳凯，沈鑫圆，李秋林，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13