一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜及其制备方法，该陶瓷膜包括陶瓷膜载体、催化活性组分和修饰剂，该陶瓷膜的制备方法为：陶瓷膜载体的预处理；修饰剂的配制；对陶瓷膜载体进行修饰；催化活性组分的制备；将催化活性组分负载到经过修饰后的陶瓷膜载体上，即得负载纳米级材料的陶瓷膜；利用本发明专利技术所制得的负载纳米级材料的陶瓷膜对罗丹明B进行光催化降解实验，对罗丹明B的降解率在98.6%及以上，回收率在90%及以上，实验结果表明，将催化活性组分负载到经过修饰后的陶瓷膜载体上，不仅解决催化活性组分分离回收的难题，而且通过负载，使得催化剂活性组分的催化性能也得到相应的提升。

A Ceramic Film Supported with Nano-photocatalyst and Its Preparation Method

The invention discloses a ceramic membrane loaded with nanometer photocatalyst and its preparation method. The ceramic membrane includes ceramic membrane carrier, catalytic active component and modifier. The preparation method of the ceramic membrane includes: pretreatment of ceramic membrane carrier; preparation of modifier; modification of ceramic membrane carrier; preparation of catalytic active component; loading of catalytic active component onto modified ceramic membrane carrier. The ceramic membrane with nano-materials can be obtained on the ceramic membrane carrier; the ceramic membrane with nano-materials can be used for photocatalytic degradation of rhodamine B, and the degradation rate of rhodamine B is 98.6% or more, and the recovery rate is 90% or more. The experimental results show that the photocatalytic activity is not only solved by loading the catalytic active component on the modified ceramic membrane carrier. The problem of separating and recovering sex components, and through loading, the catalytic performance of the active components of the catalyst has been improved accordingly.

【技术实现步骤摘要】
一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜及其制备方法
本专利技术涉及无机陶瓷膜领域，具体是一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜及其制备方法。
技术介绍
纳米光催化剂是污染物的克星，其作用机理简单来说就是：纳米光催化剂在特定波长的光的照射下受激发生成“电子一空穴”对，这种“电子一空穴”对和周围的水、氧气发生作用后，就具有了极强的氧化－还原能力，能将水中的有机染料、甲醛、苯等污染物直接分解成无害无味的物质，从而达到消除水中污染物的目的。但因纳米光催化剂粒径小，固液分离回收困难，造成处理成本升高，在实际应用中受限。为了解决纳米光催化剂分离回收的难题，研究者们尝试将纳米光催化剂负载到各种载体上，例如碳、陶瓷膜、硅土、羟磷灰石、分子筛、有机骨架等，在这些载体中，陶瓷膜以其独特的优势，即优良的化学稳定性、良好的机械强度和较长的寿命，作为优先选择的载体，但是，将纳米光催化剂负载在陶瓷膜上时，又存在一些问题，例如：单位体积陶瓷膜中纳米光催化剂的负载量较少；纳米光催化剂与陶瓷膜之间的结合力较弱等。因此，制备高性能负载纳米光催化剂的陶瓷膜仍然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜及其制备方法，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，负载纳米级材料的陶瓷膜包括陶瓷膜载体和催化活性组分，陶瓷膜载体的直径为1-60mm，厚度为0.1-3mm，平均孔径为50-600nm，催化活性组分为表面包覆有SnO2的二氧化钛纳米颗粒，催化活性组分由纳米二氧化钛10-20重量份、SnCl4溶液100-150重量份、尿素1-5重量份和盐酸溶液制备而得，SnCl4溶液的浓度为15-25mmol/L。催化活性组分为表面包覆有SnO2的二氧化钛纳米颗粒，是一种性能优异的光催化剂，但在实际应用中，由于催化活性组分粒径小，催化活性组分与产品分离回收困难，限制了其应用，将催化活性组分负载在陶瓷膜载体上，将催化活性组分固载化，可以解决催化活性组分分离回收的难题，但是将催化活性组分负载在陶瓷膜载体上也存在一些问题如下：单位体积陶瓷膜载体中催化剂活性组分负载量较少，并且催化活性组分与陶瓷膜载体之间的结合力较弱。作为优化，负载纳米级材料的陶瓷膜还包括修饰剂，修饰剂由纳米氧化锌10-20重量份、溶剂60-100重量份和三乙醇0.5-1重量份组成，溶剂为质量比为1:1-2的丙酮和乙二醇甲醚的混合物。通过修饰剂对陶瓷膜载体表面和孔道进行修饰，将催化活性组分负载在修饰后的陶瓷膜载体上，使得催化活性组分在单位体积陶瓷膜载体上的负载量增多，并且使催化活性组分与陶瓷膜载体之间的结合力更强，使催化活性组分的催化性能也相应的有所增强。作为优化，陶瓷膜载体为氧化铝膜、氧化锆膜、氧化钛膜、氧化硅膜或莫来石膜中的任意一种。作为优化，陶瓷膜载体构型为中空纤维、平板状、单通道管式或多通道管式中的任意一种。作为优化，多通道管式载体为7通道、9通道或37通道中的任意一种。一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜的制备方法，负载纳米级材料的陶瓷膜的制备方法包括以下步骤：（1）陶瓷膜载体的预处理；（2）修饰剂的配制；（3）对陶瓷膜载体进行修饰；（4）催化活性组分的制备；（5）将催化活性组分负载到经过修饰后的陶瓷膜载体上，即得负载纳米级材料的陶瓷膜。作为优化，一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜的制备方法，负载纳米级材料的陶瓷膜的制备方法包括以下步骤：（1）称取陶瓷膜载体，分别用去离子水和甲醇进行超声清洗，干燥，备用；（2）称取纳米氧化锌和溶剂加入球磨罐中，球磨，然后再向球磨罐中加入三乙醇胺，继续球磨，得到修饰剂，备用；（3）将步骤（1）所得到的陶瓷膜载体浸入到步骤（2）所得的修饰剂中，浸渍，烘干，重复上述浸渍-烘干过程，之后将陶瓷膜载体置于管式炉中烧结，冷却，即得修饰后的陶瓷膜载体；（4）称取纳米二氧化钛超声分散于SnCl4溶液中，再加入尿素，然后立即用盐酸溶液调节反应液的pH值，加热反应一段时间，得到含催化活性组分的浆液；（5）将步骤（3）所得的修饰后的陶瓷膜载体浸入步骤（4）所得的含催化活性组分的浆液内，浸渍，烘干，重复上述浸渍-烘干过程，然后置于马弗炉中煅烧，冷却，即得负载纳米级材料的陶瓷膜。作为优化，一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜的制备方法，负载纳米级材料的陶瓷膜的制备方法包括以下步骤：（1）称取陶瓷膜载体，置于去离子水中超声清洗10-30min，然后再置于甲醇中超声清洗10-30min，在60-80℃的真空干燥箱中干燥1-3h，备用；在去离子水和甲醇中分别进行超声清洗的目的是去除陶瓷膜载体表面和孔道的杂质；（2）称取纳米氧化锌和溶剂加入球磨罐中，溶剂为质量比为1:1-2的丙酮和乙二醇甲醚的混合物，湿法球磨14-28h，然后再向球磨罐中加入0.5-1份三乙醇胺，继续球磨14-28h，得到修饰剂，备用；纳米氧化锌为溶质，丙酮和乙二醇甲醚的混合物为溶剂，三乙醇胺为稳定剂，通过球磨的方法能够得到稳定性较好的胶体修饰剂；修饰剂中纳米氧化锌的质量浓度影响着修饰剂对陶瓷膜载体表面和孔道的修饰效果，当修饰剂中纳米氧化锌的质量浓度过低时，修饰剂的粘度太小，修饰剂的挂着力不够，陶瓷膜载体表面和孔道涂覆的修饰剂较少，因此，修饰剂对陶瓷膜载体大孔的修饰效果不是很好，当修饰剂中纳米氧化锌的质量浓度过高时，修饰剂的粘度较大，纳米氧化锌在修饰剂中的分散不均匀易沉淀，修饰剂在陶瓷膜载体表面和孔道涂层不均匀，薄厚不一，还会使后续陶瓷膜载体在烧结处理过程中出现裂纹、针孔等缺陷，所以当纳米氧化锌为10-20重量份数时较为适宜，修饰剂能够对陶瓷膜载体表面和孔道起到最佳修饰效果；（3）将步骤（1）所得到的陶瓷膜载体的一端封口，另一端垂直固定在提拉机上，将陶瓷膜载体以0.5-1cm/min的速度浸入到步骤（2）所得的修饰剂中，浸渍10-30s，然后以1-2cm/min的速度将陶瓷膜载体拉出修饰剂，将陶瓷膜载体置于40-60℃的烘箱中干燥30-50min，重复上述浸渍-烘干过程2-3次，将陶瓷膜载体置于1300-1500℃的管式炉中烧结20-25h，自然冷却至室温，即得修饰后的陶瓷膜载体；修饰剂在陶瓷膜载体上的涂覆次数影响着修饰剂对陶瓷膜载体表面和孔道的修饰效果，当涂覆次数过少，陶瓷膜载体表面和孔道涂覆的修饰剂较少，因此，修饰剂对陶瓷膜载体大孔的修饰效果不是很好，当涂覆次数过多，修饰剂在陶瓷膜载体表面和孔道涂层过厚，并且涂层不均匀，厚度不一，会使后续陶瓷膜载体在烧结处理过程中出现裂纹、针孔等缺陷，所以当涂覆次数为2-3次时较为适宜，修饰剂能够对陶瓷膜载体表面和孔道起到最佳修饰效果；（4）称取纳米二氧化钛超声分散于的SnCl4溶液中，SnCl4溶液的浓度为15-25mmol/L，再加入尿素，然后立即用质量分数为30-35%的盐酸溶液调节反应液的pH值为0.5-1，在60-90℃下反应3-5h，得到含催化活性组分的浆液；尿素是一种很好的均匀沉淀剂，当反应液的温度升至60-90℃时，尿素发生分解，生成的NH3·H2O在溶液中均匀分布，NH3·H2O能与SnCl4反应生成Sn（OH）4沉淀，Sn（OH）4均匀致密地包覆在纳米二氧化钛表面，即得表面包覆有水合SnO2的纳米二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，其特征在于，所述负载纳米级材料的陶瓷膜包括陶瓷膜载体和催化活性组分，所述陶瓷膜载体的直径为1‑60mm，厚度为0.1‑3mm，平均孔径为50‑600nm，所述催化活性组分为表面包覆有SnO2的二氧化钛纳米颗粒，所述催化活性组分由纳米二氧化钛、SnCl4溶液、尿素和盐酸溶液制备而得，所述SnCl4溶液的浓度为15‑25mmol/L。

【技术特征摘要】
1.一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，其特征在于，所述负载纳米级材料的陶瓷膜包括陶瓷膜载体和催化活性组分，所述陶瓷膜载体的直径为1-60mm，厚度为0.1-3mm，平均孔径为50-600nm，所述催化活性组分为表面包覆有SnO2的二氧化钛纳米颗粒，所述催化活性组分由纳米二氧化钛、SnCl4溶液、尿素和盐酸溶液制备而得，所述SnCl4溶液的浓度为15-25mmol/L。2.根据权利要求1所述的一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，其特征在于，所述负载纳米级材料的陶瓷膜还包括修饰剂，所述修饰剂由纳米氧化锌、溶剂和三乙醇组成，所述溶剂为质量比为1:1-2的丙酮和乙二醇甲醚的混合物。3.根据权利要求1或2所述的一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，其特征在于：所述陶瓷膜载体为氧化铝膜、氧化锆膜、氧化钛膜、氧化硅膜或莫来石膜中的任意一种。4.根据权利要求3所述的一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，其特征在于：所述陶瓷膜载体构型为中空纤维、平板状、单通道管式或多通道管式中的任意一种。5.根据权利要求4所述的一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜，其特征在于：所述多通道管式载体为7通道、9通道或37通道中的任意一种。6.一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述负载纳米级材料的陶瓷膜的制备方法包括以下步骤：（1）陶瓷膜载体的预处理；（2）修饰剂的配制；（3）对陶瓷膜载体进行修饰；（4）催化活性组分的制备；（5）将催化活性组分负载到经过修饰后的陶瓷膜载体上，即得负载纳米级材料的陶瓷膜。7.根据权利要求6所述的一种负载纳米级光催化剂的陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述负载纳米级材料的陶瓷膜的制备方法包括以下步骤：（1）称取陶瓷膜载体，分别用去离子水和甲醇进行超声清洗，干燥，备用；（2）称取纳米氧化锌和溶剂加入球磨罐中，球磨，然后再向球磨罐中加入三乙醇胺，继续球磨，得到修饰剂，备用；（3）将步骤（1）所得到的陶瓷膜载体浸入到步骤（2）所得的修饰剂中，浸渍，烘干，重复上述浸渍-烘干过程，之后将陶瓷膜载体置于管式炉中烧结，冷却，即得修饰后的陶瓷膜载体；（4）称取纳米二氧化钛超声分散于SnCl4溶液中，再加入尿素，然后立...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷红平，
申请(专利权)人：殷红平，
类型：发明
国别省市：江苏,32