基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO制造技术

本发明专利技术涉及基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO

CE doped TiO based on Modified Diatomite

【技术实现步骤摘要】
基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料的制备方法和应用
本专利技术涉及光催化剂及其应用领域，具体的涉及基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料的制备及其在有效利用可见光降解有机染料及杀菌中的应用。
技术介绍
TiO2的光催化性能主要受三种因素的影响：吸附性能、光响应范围和光生电子空穴对的分离效率。由于纳米TiO2的带隙能较高(3.2eV)，对可见光响应差，而可见光占辐射到地球表面的太阳光能的40％，所以纳米TiO2直接利用太阳能进行光催化反应受到了很大的限制。目前，TiO2光催化氧化使用的光源主要以高压汞灯、紫外线杀菌灯、黑光灯为主，能耗大，导致运行成本高、难以进一步实现商业化。因此，为了提高TiO2对太阳光的利用率，使其可以直接利用太阳光进行光催化反应，需要开发优化其禁带宽度的技术。将TiO2的光谱响应范围拓宽到可见光区，制备出具有可见光光催化活性的TiO2复合光催化剂。此外，水体环境中常含有多种微生物，包括种类繁多的细菌和真菌，而其中的大多数均在接近常温的环境条件下大量繁殖，造成食品等物质的发霉、腐败、变质，以及伤口的感染等诸多问题，对人类及牲畜的健康造成严重影响。因此，研究一种具有杀菌功效的环保材料具有重要的实际意义。
技术实现思路
为了提升TiO2/硅藻土复合球体的可见光利用率和光生电子空穴对的分离效率，本专利技术在对硅藻土酸改性后，对TiO2/硅藻土复合球体进行了稀土元素Ce的掺杂改性。本专利技术提供的基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料(GranulatedCedopedTiO2/Dt，GCTD)在有效降解有机染料及杀菌时操作简单，光催化材料不引入二次污染且便于回收。本专利技术采用的技术方案是：基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)将改性硅藻土与无水乙醇和冰醋酸混合，机械搅拌30-50min后，依次滴加钛酸四正丁酯和乙二醇胺，继续搅拌形成悬浊液；将无水乙醇、去离子水和硝酸铈配成混合液；在搅拌状态下，将所得混合液滴加至悬浊液中，调节pH值至3，继续搅拌反应5-7小时后，静止放置至少72小时，得凝胶状态的产物，将产物放入烘箱，在80℃下烘干，研磨，得TiO2/硅藻土粉末；2)取改性硅藻土与去离子水混合，加入有机粘结剂和助熔剂，混合均匀制成泥团，于造球机制成直径为1-3mm的湿润泥球；3)将步骤2)获得的湿润泥球与步骤1)获得的TiO2/硅藻土粉末共同放入高速旋转钢桶中，于转速1440r/min下旋转20-30min，泥球表面被一层TiO2/硅藻土粉末所覆盖，所得产物在80℃下烘干后，在马弗炉中煅烧2小时，得基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料。进一步的，所述改性硅藻土为酸改性硅藻土。进一步的，所述酸改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：称取适量的硅藻土原土和稀硫酸溶液，混合均匀，在常温下保持机械搅拌状态24小时，用去离子水洗涤至中性，80℃下烘干，得酸改性硅藻土。进一步的，所述稀硫酸溶液的浓度为15wt％，所述硅藻土原土和稀硫酸溶液的固液比为1g:2.5mL。进一步的，所述有机粘结剂是羟丙基甲基纤维素、糊精、蔗糖和明胶的一种或二种以上的组合。更进一步的，所述有机粘结剂是羟丙基甲基纤维素和糊精的组合。更进一步的，所述有机粘结剂是羟丙基甲基纤维素和糊精按质量比5:1的组合。进一步的，所述助熔剂是碳酸钠。进一步的，硝酸铈的加入量为，每8.0ml钛酸四正丁酯加入硝酸铈0.02-0.20g。更进一步的，每8.0ml钛酸四正丁酯加入硝酸铈0.05g。进一步的，步骤3)中，在马弗炉中煅烧的温度为400-600℃。更进一步的，步骤3)中，在马弗炉中煅烧的温度为500℃。按照上述的方法制备的基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料在可见光下降解有机染料中的应用。进一步的，所述有机染料是罗丹明B(RhodamineB，简称RhB)。按照上述的方法制备的基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料在可见光下杀菌中的应用。进一步的，所述菌是大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和克雷白氏肺炎杆菌。本专利技术的有益效果是：1、为了提升TiO2/硅藻土复合球体的可见光利用率和光生电子空穴对的分离效率，本专利技术通过稀土元素Ce的掺杂改性，采用硝酸铈(Ce(NO3)3)为Ce源，制备了Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料，提升了TiO2/硅藻土复合球体的可见光利用率和光生电子空穴对的分离效率，促进了光催化技术的发展和应用。本专利技术制备的GCTD在降解有机染料时操作简单，催化剂无污染且便于回收。2、传统光催化剂为粉体形态，与污染水体已形成悬浊体系。悬浮体系的缺点有：第一，由于悬浮体系的颜色较深，对于光线传播有阻断作用，不利于光催化剂表面接受光线辐照，降低了光催化剂的光子利用率。第二，深层水位的光催化剂难以实现高效降解效果。而漂浮型光催化剂位于水体表面，不存在这一缺陷。本专利技术利用硅藻土这一多孔材料与光催化剂结合，制备了漂浮型光催化材料。由于最终复合材料的多孔性，可实现上方空气与催化反应点位的接触，空气中的氧分子作为天然的光生电子捕获剂，不断抑制光生电子空穴的复合，可大大提升光催化降解效果。漂浮型光催化剂由于位于污染水体表面，可通过简单的过滤回收工艺，实现较好的循环使用目标。而粉体光催化材料与目标污染水体形成的悬浊体系在水处理后期，难以实现有效分离，循环使用性能极低。附图说明图1是GCTD光催化过程的机理图。图2是不同Ce掺杂复合球体(GCTD)和未掺杂球体(TD-G)的XRD谱图(A代表锐钛矿相，R代表金红石相，Q代表石英杂质)。图3是不同Ce掺杂复合球体GCTD和未掺杂球体(TD-G)的吸附脱附等温线。图4是Ce掺杂复合球体(GCTD-2)的SEM图像；其中，a:比例为3μm；b:比例为200nm。图5是Ce掺杂复合球体(GCTD-2)的TEM图像。图6a是Ce掺杂球体(GCTD-2)和未掺杂球体(TD-G)的XPS谱图总谱。图6b是Ce掺杂球体(GCTD-2)和未掺杂球体(TD-G)的XPS谱图Ti2p谱图。图6c是Ce掺杂球体(GCTD-2)和未掺杂球体(TD-G)的XPS谱图O1s谱。图6d是Ce掺杂球体(GCTD-2)的XPS谱图Ce3d谱。图7是Ce掺杂球体GCTD-2和未掺杂球体(TD-G)的DRS谱图。图8是Ce掺杂球体GCTD-2和未掺杂球体(TD-G)的Kubelka–Munk方程转换值。图9是Ce掺杂球体(GCTD)、未成球粉末和未负载Ce-TiO2光降解RhB的降解率。图10是Ce掺杂复合球体(GCTD-2)针对光降解RhB的循环再利用性能。图11a是Ce掺杂复合球体(GCTD-2)对大肠杆菌的可见光致杀菌及黑暗条件杀菌结果。图11b是Ce掺杂复合球体(G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO

【技术特征摘要】
1.基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将改性硅藻土与无水乙醇和冰醋酸混合，机械搅拌30-50min后，依次滴加钛酸四正丁酯和乙二醇胺，继续搅拌形成悬浊液；将无水乙醇、去离子水和硝酸铈配成混合液；在搅拌状态下，将所得混合液滴加至悬浊液中，调节pH值至3，继续搅拌反应5-7小时后，静止放置至少72小时，得凝胶状态的产物，将产物放入烘箱，在80℃下烘干，研磨，得TiO2/硅藻土粉末；
2)取改性硅藻土与去离子水混合，加入有机粘结剂和助熔剂，混合均匀制成泥团，于造球机制成直径为1-3mm的湿润泥球；
3)将步骤2)获得的湿润泥球与步骤1)获得的TiO2/硅藻土粉末共同放入高速旋转钢桶中，于转速1440r/min下旋转20-30min，泥球表面被一层TiO2/硅藻土粉末所覆盖，所得产物在80℃下烘干后，在马弗炉中煅烧2小时，得基于改性硅藻土的Ce掺杂TiO2漂浮型光催化复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性硅藻土为酸改性硅藻土。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：称取适量的硅藻土原土和稀硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岩，吴琼，张朝红，宋有涛，王春平，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21