一种具有三维孔道结构的光催化模块及制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有三维孔道结构的光催化模块及制备方法，所述制备方法，包括：S1、催化剂活性溶胶制备，S2、选择具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体进行预处理，S3、将预处理后的耐火陶瓷载体浸泡至催化剂活性溶胶中，干燥后焙烧，得到具有三维孔道结构光催化模块。本发明专利技术的催化模块能够高效降级VOCs，以及优异的稳定性和抗水性能。

A photocatalytic module with three-dimensional pore structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维孔道结构的光催化模块及制备方法
本专利技术涉及环保催化材料领域，具体的说，涉及一种具有三维孔道结构的光催化模块及制备方法。
技术介绍
VOCs(挥发性有机污染物)是当今主要大气污染物，造成酸雨、光化学烟雾的环境问题。光催化剂技术是处理VOCs的技术之一，具有性能稳定、成本低、效率高，且无毒无害等特点。光催化技术的核心是光催化剂，TiO2是被公认的优良的光催化剂材料，成为最理想的环境催化材料。专利CN108636391A公开了一种负载型二氧化钛光催化材料及其制备方法，将微米级锐钛型柱状TiO2颗粒分散到乙醇中，搅拌得到浆液，将玻璃、陶片等基材置于料浆中，后经蒸发乙醇以在基材表面形成TiO2膜。所得催化剂膜与载体结合较弱，使用中TiO2催化层易脱落，且涂层不易控制，催化剂稳定性差、寿命短。专利104307552B公开了一种TiO2/C3N4复合可见光催化剂的制备方法，先将钛源和氮源分散在乙醇中，加入水得到混合物料，后经干燥、焙烧等热处理，制备TiO2/C3N4粉体，催化剂进一步应用，需要进行涂覆及热处理，制备过程复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供具有三维孔道结构光催化模块的制备方法。催化模块能够高效降级VOCs，以及优异的稳定性和抗水性能。本专利技术提供一种具有三维孔道结构光催化模块的制备方法，包括：S1、催化剂活性溶胶制备，S2、选择具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体进行预处理，S3、将预处理后的耐火陶瓷载体浸泡至催化剂活性溶胶中，干燥后焙烧，得到具有三维孔道结构光催化模块。进一步，所述步骤S1包括：S11、将钛源催化剂、醇类溶剂混合，搅拌均匀，得到溶液A；S12、将酸、醇类溶剂和去离子水混合，搅拌均匀，得到溶液B；S13、在搅拌条件下，将溶液B缓慢加入到溶液A中，加入调节剂，保持搅拌陈化4-48h，得到催化剂活性溶胶。进一步，所述步骤S1中，所述的钛源催化剂为钛的无机盐和/或有机盐。进一步，所述的酸为无机酸或有机酸中，所述酸与钛源催化剂的摩尔比为0.5-5：1。进一步，所述的醇类有机溶剂，所述的醇类有机溶剂与所述的钛源的摩尔比为4-15：1。所述的去离子水与钛源催化剂的摩尔比为1-10：1。进一步，所述的调节剂为乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、丁醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇丁醚、丙二醇单甲醚、乙酰丙酮、硅酸钠、聚乙烯醇、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、AMP-95、AMP-90、丙烯酸酯中的至少一种，所述的调节剂与钛源催化剂的摩尔比为0.1-5：1。进一步，所述步骤S2中的预处理包括：将具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体修整成预定尺寸。进一步，所述步骤S3中的浸渍时间为1-10min；干燥温度为50-200℃，干燥时间为10-60min，焙烧温度为300-600℃，焙烧时间为2-12h。进一步，所述步骤S3中还包括在浸渍后利用真空吹扫多余活性浆液。本专利技术还要求保护上述方法制备的具有三维孔道结构的光催化模块。本专利技术的催化模块，具有优异的光催化活性，可实现将有机污染物完全矿化，转化成CO2和H2O。具有相互交织的三维孔道结构，涂覆高性能催化剂涂层，促进了光催化产生的高活性自由基与反应物分子的反应。具有不定向三维孔道，有利于污染物分子的混合、反应，提高了催化性能。具有较大比表面积和显气孔，促进了反应分子的吸附、反应和产物分子的脱附。在较大光源波长范围内，具有稳定催化活性。高活性光催化剂涂层锚固在耐火陶瓷载体表面，形成致密的催化剂涂层，涂层牢固。本专利技术的催化模块，制作过程简单，操作方便，无需二次烧结，加工周期短，成本低，易实现工业化生产。且组装方便，后期清洗、再生、更换方便，维护成本低。本专利技术的催化模块，用于处理低浓度VOCs废气处理和除臭，可用于垃圾焚烧、污水处理废气、污泥处理废气、垃圾填埋、生物发酵废气、养殖废气、仓储除臭、食品加工等行业。同时可用于处理含有机物的废水处理。附图说明图1，本专利技术实施例5制备的光催化模块的实物图；图2，本专利技术实施例5制备的光催化模块催化剂涂层的SEM图；图3，本专利技术实施例5、实施例6制备的光催化模块降解乙醇的性能曲线；图4，本专利技术实施例5、实施例6制备的光催化模块降解二甲苯的性能曲线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术所述的具有三维孔道的光催化剂模块，在具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体表面同步负载高性能光催化涂层，涂层牢固附着在具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体表面。催化模块具有活性高、孔体积大、轻质等特点，且制备工艺简单。催化模块具有三维孔道结构，促进了光催化产生的高能活性基团混合，及与VOCs反应，克服常规催化模块存在的缺点。所述的光催化模块由具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体和涂覆在其表面的光催化剂层构成，所述的具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体内部具有相互贯通交织的网状孔道，所述的光催化剂层涂覆在具有三维孔道结构的耐火陶瓷表面。所述的的具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体，材质为沸石、堇青石、氧化铝、氧化镁、莫来石、堇青石-莫来石、硅酸铝、碳化硅、氮化硅、刚玉中的一种或任意几种混合。所述的三维孔道相互交织成网络结构，开口可在三维方向。所述的具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体，孔密度为10-100PPI。实施例1一种具有三维孔道结构的光催化模块，通过如下方法制备而成：S1、催化剂活性溶胶：将600mL钛酸丁酯和700mL无水乙醇混合，搅拌均匀得到溶液A。将350mL无水乙醇、820mL冰乙酸和90mL去离子水混合，搅拌均匀得到溶液B。搅拌条件下，将溶液B缓慢加入到溶液A中，然后加入220mL二乙醇胺，搅拌陈化12h，得到催化剂活性溶胶。S2、载体的预处理：选择具有具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体，并将载体尺寸修剪成300×300×20mm。S3、催化剂涂覆：将具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体置于上述活性溶胶中，浸渍10min，真空吹扫多余溶胶；涂覆有催化剂活性溶胶的耐火陶瓷载体，在80℃热风中干燥，然后在空气气氛中于460℃焙烧4h，所得催化模块催化剂涂层的涂覆量为13.6g/L。实施例2一种具有三维孔道结构的光催化模块，通过如下方法制备而成：S1、催化剂活性溶胶：将600mL钛酸丁酯和700mL正丁醇醇混合，搅拌均匀得到溶液A。将350mL无水乙醇、410mL冰乙酸和90mL去离子水混合，搅拌均匀得到溶液B。搅拌条件下，将溶液B缓慢加入到溶液A中，然后加入220mL二乙醇胺，搅拌陈化12h，得到催化剂活性溶胶。S2、载体的预处理：选择具有具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体，并将载体尺寸修剪成300×300×20mm。S3、催化剂涂覆：将具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体置于上述活性溶胶中，浸渍10min，真空吹扫多余溶胶，涂覆有催化剂活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维孔道结构光催化模块的制备方法，其特征在于，包括：/nS1、催化剂活性溶胶制备，/nS2、选择具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体进行预处理，/nS3、将预处理后的耐火陶瓷载体浸泡至催化剂活性溶胶中，干燥后焙烧，得到具有三维孔道结构光催化模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有三维孔道结构光催化模块的制备方法，其特征在于，包括：
S1、催化剂活性溶胶制备，
S2、选择具有三维孔道结构的耐火陶瓷载体进行预处理，
S3、将预处理后的耐火陶瓷载体浸泡至催化剂活性溶胶中，干燥后焙烧，得到具有三维孔道结构光催化模块。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11、将钛源催化剂、醇类溶剂混合，搅拌均匀，得到溶液A；
S12、将酸、醇类溶剂和去离子水混合，搅拌均匀，得到溶液B；
S13、在搅拌条件下，将溶液B缓慢加入到溶液A中，加入调节剂，保持搅拌陈化4-48h，得到催化剂活性溶胶。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的钛源催化剂为钛的无机盐和/或有机盐。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的酸为无机酸或有机酸中，所述酸与钛源催化剂的摩尔比为0.5-5：1。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的醇类有机溶剂，所述的醇类有机溶剂与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭聪，展宗城，梁鹏，李晨灿，展飞，杨艳林，郅立鹏，孟庆锐，陈继朝，
申请(专利权)人：青岛华世洁环保科技有限公司，青岛纳博科环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37