硅藻土/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种硅藻土/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用。该方法包括：1)将含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于碱性溶液中，搅拌过滤得到硅藻土和碱性滤液；2)将步骤1)处理后的硅藻土分散于酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，搅拌得到硅藻土分散液；3)将步骤1)得到的所述碱性滤液添加到步骤2)得到的所述硅藻土分散液中，并调解pH至7‑8，之后将溶液蒸干获得粉体；4)将步骤3)得到的粉体经200～900℃热处理，获得硅藻土/TiO2复合光催化剂。本发明专利技术提出的方法制备的硅藻土/TiO2复合光催化剂从甲醛捕获和提高可见光催化效果两个方面协同增强样品对甲醛处理能力。本发明专利技术还包括上述复合光催化剂及其在光催化降解甲醛中的应用。

Diatomite/titanium dioxide composite photocatalyst and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
硅藻土/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料制备
，尤其涉及一种硅藻土/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米TiO2是一种催化活性高，稳定性好，廉价无毒的光催化剂，因其独特的光催化活性和降解有机污染物的能力，被广泛应用于环境治理，太阳能电池，纳米涂层等领域。为了优化纳米TiO2的光催化效应，并解决TiO2粉末在实际应用中存在易团聚、分离回收困难的问题，通常将其负载在催化剂载体上，制备出具有更好光催化性能的负载型TiO2复合材料，并在此基础上进行工艺改良，以提高光催化效率。目前光催化降解甲醛方面的研究被广泛研究报道，但目前常见TiO2基光催化材料虽有较强光催化氧化能力但其禁带宽度较大，只在紫外光区域有相应，制约其在可见光条件下光催化降解甲醛效率。此外，常见光催化材料表面官能团(例如，羟基、羧基)数量少，对甲醛吸附捕获能力较差，导致催化降解低浓度甲醛效率较低，只对高浓度甲醛治理效果较好。虽然目前已经有报道多孔硅藻土负载TiO2光催化降解高浓度甲醛研究，但是目前报道还存在如下不足：(1)硅藻土表面孔径大(几百纳米)导致其吸附捕获能力相对较弱，仅靠硅藻土表面官能团提高对甲醛捕获能力，存在一定局限性，处理效果有限；(2)单纯将二氧化钛粉体负载在硅藻土表面仍无法解决其在可见光条件下光激发能力差问题，影响光催化效果；(3)通常将硅藻土经酸洗提纯后再负载催化材料，此类工艺不但造成原料浪费，并且耗能较高，不利于环境保护和企业长期发展。在铝轧制工业生产中，助过滤后的废弃硅藻土的处理工艺耗能较高，提纯利用成本较高，因此开发有效废弃硅藻土再利用技术对于铝箔企业发展、节能减排以及环境保护具有重要意义。
技术实现思路
考虑到铝箔轧制过程中，助过滤后的废弃硅藻土中含有Fe、Al等金属元素，一方面利用其自身含有的金属元素掺杂改性TiO2粉体提高其可见光光催化能力；另一方面Al基组分表面丰富的羟基能够提升捕获甲醛性能。基于此，本专利技术提出一种硅藻土/TiO2光催化剂及其制备方法和应用。一种硅藻土/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于碱性溶液中，搅拌过滤得到硅藻土和碱性滤液；2)将步骤1)处理后的硅藻土分散于酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，搅拌得到硅藻土分散液；3)将步骤1)得到的所述碱性滤液添加到步骤2)得到的所述硅藻土分散液中，并调解pH至7～8，之后将溶液蒸干获得粉体；4)将步骤3)得到的粉体经200～900℃热处理，获得硅藻土/TiO2复合光催化剂。优选地，在步骤1)中，所述含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于pH为10～13的碱性溶液中，在25-90℃下搅拌1～24h过滤得到硅藻土和碱性滤液。优选地，在步骤1)中，所述碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种。优选地，在步骤2)中，经步骤1)处理后的硅藻土分散于pH≤3的酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，在30～80℃下搅拌1～24h得到所述硅藻土分散液。优选地，在步骤2)中，所述酸性溶液为硫酸溶液或者硝酸溶液。优选地，在步骤2)中，将步骤1)处理后的硅藻土分散于酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，超声处理20min-40min，之后搅拌得到所述硅藻土分散液。优选地，在步骤2)中，所述氟化物为氟化钠、氟化钾和氟化铵中的一种或多种。优选地，在步骤2)中，所述硅藻土分散液中所述二氧化钛粉体占2～30wt％，所述氟化物占0.1～5wt％。本专利技术还提出了一种上述所述的制备方法制备得到的硅藻土/TiO2复合光催化剂。此外，本专利技术还提出了上述所述的硅藻土/TiO2复合光催化剂在光催化降解甲醛中的应用。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于碱性溶液中，搅拌过滤得到硅藻土和碱性滤液，大部分铝进入到碱性滤液中，得到的硅藻土去除了表面杂质，硅藻土的多孔结构暴露出来，多孔结构的硅藻土有利于二氧化钛的负载，之后硅藻土分散于酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，氟化物粉体能够加速SiO2的刻蚀，进一步使得硅藻土中的金属Fe元素浸入溶液，将碱性滤液加入到硅藻土分散液中，并调节pH至7-8，之后蒸干获得粉体，富含羟基的铝基氧化物沉积在硅藻土表面，由于表面羟基的存在，使复合样品对气态甲醛捕获能力增强；同时硅藻土中含有的Fe元素能够充分溶解并沉积到TiO2表面，之后粉体经过200～900℃的热处理后实现Fe掺杂TiO2效果，提升了硅藻土/TiO2复合光催化剂在可见光下的光催化能力。因此，本专利技术所述方法制备的硅藻土/TiO2复合光催化剂从甲醛捕获和提高可见光催化效果两个方面协同增强样品对甲醛处理能力。本专利技术提出的方法既充分开发利用废弃硅藻土又实现对室内甲醛可见光高效光催化治理，对于扩展废弃硅藻土再生应用以及开发绿色环境治理工艺具有重要现实意义和实际应用价值。本专利技术提出的方法与传统的制备硅藻土/TiO2光催化剂合成法相比，该工艺有效解决废弃硅藻土再利用问题，制备工艺绿色环保无废弃物产生，而且可见光下降解甲醛效果好。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为本专利技术实施例1合成的硅藻土/TiO2复合光催化剂的XRD图。图2为本专利技术实施例1用碱溶液处理前后的废弃硅藻土SEM图。图3为本专利技术实施例1制备的硅藻土/TiO2复合光催化剂的SEM图。图4为本专利技术实施例1制备的硅藻土/TiO2复合光催化剂可见光光催化降解低浓度甲醛效果图。图5为本专利技术对比例1制备的粉体可见光光催化降解低浓度甲醛效果图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。本具体实施方式提出一种硅藻土/TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于pH为10～13的碱性溶液中，在25-90℃下搅拌1～24h过滤得到硅藻土和碱性滤液；其中，所述碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种。2)将步骤1)处理后的硅藻土分散于pH≤3的酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，超声处理30min-50min，之后在30～80℃下搅拌1～24h得到硅藻土分散液；其中，所述酸性溶液为硫酸溶液或者硝酸溶液；所述氟化物为氟化钠、氟化钾和氟化铵中的一种或多种；所述二氧化钛粉体为p25，J25，市售二氧化钛粉体、硫酸氧钛，钛酸丁酯，四氯化钛中的一种或多种；所述硅藻土分散液中所述二氧化钛粉体占2～30wt％，所述氟化物占0.1～5wt％。3)将步骤1)得到的所述碱性滤液添加到步骤2)得到的所述硅藻土分散液中，并调解pH至7～8，之后将溶液蒸干获得粉体；4)将步骤3)得到的粉体经200～900℃热处理，获得硅藻土/TiO2复合光催化剂。本具体实施方式还提出了一种上述所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅藻土/TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于碱性溶液中，搅拌过滤得到硅藻土和碱性滤液；2)将步骤1)处理后的硅藻土分散于酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，搅拌得到硅藻土分散液；3)将步骤1)得到的所述碱性滤液添加到步骤2)得到的所述硅藻土分散液中，并调解pH至7～8，之后将溶液蒸干获得粉体；4)将步骤3)得到的粉体经200～900℃热处理，获得硅藻土/TiO2复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种硅藻土/TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于碱性溶液中，搅拌过滤得到硅藻土和碱性滤液；2)将步骤1)处理后的硅藻土分散于酸性溶液中并加入二氧化钛粉体和氟化物粉体，搅拌得到硅藻土分散液；3)将步骤1)得到的所述碱性滤液添加到步骤2)得到的所述硅藻土分散液中，并调解pH至7～8，之后将溶液蒸干获得粉体；4)将步骤3)得到的粉体经200～900℃热处理，获得硅藻土/TiO2复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述含有铝和铁元素的废弃硅藻土分散于pH为10～13的碱性溶液中，在25-90℃下搅拌1～24h过滤得到硅藻土和碱性滤液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠和碳酸钾中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世英，沈洁，李中付，肖香逸，李小平，罗赟，谭肖，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43