一种光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化剂及其制备方法和应用。所述的光催化剂包括蜂窝陶瓷载体、改性剂以及活性组分，其中在所述的蜂窝陶瓷载体上依次负载所述的改性剂和所述的活性组分，所述的改性剂为氧化铝‑二氧化钛，所述的活性组分为二氧化钛。该催化剂特别适用于紫外光作用下的光催化反应中，具有良好的活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种光催化剂及其制备方法，具体涉及一种蜂窝陶瓷载体负载二氧化钛光催化剂及其制备方法，属于光催化材料领域。
技术介绍
半导体光催化氧化作为一种能够在常温常压下使有机物经光催化分解为二氧化碳和水，且不会造成二次污染的新型技术而引起世界各国研究者的高度重视。研究发现，利用半导体光催化法能够有效降解水和空气中的各种有机污染物，例如卤化烃、硝基芳烃、酚类、有机颜料、杀虫剂、表面活性剂等；也可以将氰化物、亚硝酸盐、硫氰酸盐等转化成无毒或低毒化合物；还可以应用于抗菌、除臭、空气净化、自清洁材料等领域。目前已经研究的半导体光催化剂主要包括金属氧化物以及硫化物等，其中二氧化钛(TiO2)具有化学稳定性好、安全无毒、成本低等特点，在光催化氧化方向得到广泛的研究和应用。二氧化钛光催化剂通常以粉末形状使用，但这样会在流体中形成悬浮体系，从而带来分离困难和难以回收等技术问题，从而限制了实际应用。将二氧化钛固定在载体上，可以克服悬浮相二氧化钛光催化剂的缺点。因此，寻找合适的载体及高效的负载方法固定催化剂、提高催化剂光催化效率是实现二氧化钛光催化剂产业化的关键，亦是近年来光催化技术研究领域的热点。目前，负载型光催化剂存在的技术问题是：第一，采用粘合剂等非催化材料时，在负载和烧结过程中，会影响表面上二氧化钛的量，从而影响催化活性；第二，在陶瓷等载体上负载二氧化钛时，通常采用高温焙烧以增加二氧化钛负载的牢固度，但二氧化钛容易被烧结，且生成非光催化活性的晶相，从而影响催化活性，而且即使是高温焙烧也仍存在二氧化钛容易流失的问题，从而影响催化剂的活性稳定性；第三，陶瓷等载体负载二氧化钛时还容易出现分布不均匀的问题，从而进一步影响其催化活性和稳定性。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种光催化剂及其制备方法。该催化剂的光催化活性高，而且二氧化钛不容易流失，活性稳定性好。本专利技术第一方面提供的光催化剂，包括蜂窝陶瓷载体、改性剂以及活性组分，其中在所述的蜂窝陶瓷载体上依次负载所述的改性剂和所述的活性组分，所述的改性剂为氧化铝-二氧化钛，所述的活性组分为二氧化钛。本专利技术的光催化剂中，所述的蜂窝陶瓷载体的吸水率(以体积计)为10％～25％，导热系数为1.0～2.0W/(M*K)，密度(20℃)为0.75～1.2g/cm3。本专利技术的光催化剂中，所述的蜂窝陶瓷载体的形状和大小可以根据需要调整，比如可以为板状。本专利技术的光催化剂中，所述的蜂窝陶瓷载体的抗压强度是对大小为150mm×150mm×10mm的方柱形板状蜂窝陶瓷测得的，轴向抗压强度大于35MPa，径向抗压强度大于9MPa。本专利技术的光催化剂中，所述的蜂窝陶瓷载体中的蜂窝通孔的形状没有特别限制，比如截面形状可以为三角形、方形、六边形等常规形状，也可以为其它规则形状，蜂窝通孔的孔径为1～6mm，优选为1～4mm，外壁厚为0.6～2.9mm，内壁厚为0.3～2.3mm，截面上通孔面积占50％～70％。其中外壁厚是指蜂窝陶瓷载体轴向外表面与最外层通孔之间相隔的距离，内壁厚是指蜂窝陶瓷载体相邻两通孔之间相隔的距离。一般地，外壁要比内壁厚，有利于增加催化剂的机械强度。本专利技术的光催化剂中，所述的蜂窝陶瓷载体中，孔分布如下：孔直径为2-5μm的孔道所占的孔容为孔直径在100μm以下的孔道所占孔容的70％以上。所述的孔分布采用压汞法测得。本专利技术的光催化剂中，所述改性剂中，二氧化钛的含量为10％～23％。本专利技术的光催化剂中，以催化剂的重量为基准，蜂窝陶瓷载体的含量为72％～96％，改性剂的含量为1％～10％，活性组分的含量为3％～18％。优选地，以催化剂的重量为基准，蜂窝陶瓷载体的含量为77％～93％，改性剂的含量为2％～8％，活性组分的含量为5％～15％。本专利技术的光催化剂中，二氧化钛晶粒呈嵌入式分散在催化剂表面上；所述催化剂外表面上的二氧化钛晶粒，粒径为5～150μm的二氧化钛晶粒占70％以上，进一步地，粒径为5～100μm的二氧化钛晶粒占70％以上。本专利技术的光催化剂中，所述蜂窝陶瓷可以为堇青石蜂窝陶瓷。本专利技术的光催化剂中，所述二氧化钛主要为锐钛矿型。本专利技术光催化剂可用于气体或液体(比如废水)的净化处理，特别适用于紫外光作用下的光催化反应，其净化的目的是除去有机物。本专利技术第二方面提供的一种光催化剂的制备方法，包括：(1)将二氧化钛和氧化铝的混合浆液喷浸在蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧，得到负载改性剂的蜂窝陶瓷载体；(2)钛溶胶的制备；(3)将步骤(1)所得的负载改性剂的蜂窝陶瓷载体浸入步骤(2)所得的钛溶胶中进行挂浆，去多余浆，干燥，(4)步骤(3)的过程重复0～5次，优选1～4次；(5)将步骤(4)得到的物料经热处理，得到光催化剂。本专利技术方法中，步骤(1)所述的蜂窝陶瓷可以为堇青石蜂窝陶瓷，优选的孔分布性质如下：孔直径为2-5微米的孔道所占的孔容占孔直径在100μm以下的孔道所占孔容的70％以上。孔分布采用压汞法测得。本专利技术方法中，步骤(1)所述的二氧化钛和氧化铝的混合浆液包括纳米二氧化钛、拟薄水铝石、酸性胶溶剂、水，优选加入聚乙二醇，其中纳米二氧化钛、拟薄水铝石(以氧化铝计)、酸性胶溶剂、水的重量比为15：2～4：1～3：12～25，聚乙二醇的加入量占二氧化钛和氧化铝的混合浆液重量的1％～5％。所述聚乙二醇的分子量为200～4000。所述的纳米二氧化钛，粒径为100nm以下，优选为10～100nm。所述的酸性胶溶剂可以采用无机酸，比如硝酸、盐酸中的一种或多种。所述拟薄水铝石为可胶溶的拟薄水铝石，可采用常规的中和法、醇解法等制备。步骤(1)所述的二氧化钛和氧化铝的混合浆液的优选制备方法是，先将纳米二氧化钛与聚乙二醇混合后，再与拟薄水铝石、酸性胶溶剂、水混合，这样使至少部分聚乙二醇进入纳米二氧化钛中，以在后续处理过程中使纳米二氧化钛更多的表面露在载体外面，并形成易富集区，后负载的二氧化钛更容易分布在纳米二氧化钛的周围，不但提高二氧化钛在载体表面的分散性和分散量，而且能够更好地控制二氧化钛晶粒的大小，并增加二氧化钛在催化剂中的牢固度，进一步提高了催化剂的活性和稳定性。本专利技术方法中，步骤(1)所述的喷浸优选采用不饱和喷浸法，以饱和吸水的水体积为基准，吸收率为50％～90％，优选为60％～80％。所述的干燥为在50～95℃下干燥2～24小时。所述的焙烧为含氧气氛下低温焙烧，即在200～300℃下焙烧2～8小时，然后在400～750℃下焙烧1～6小时，优选在200～300℃下焙烧2～8小时，在400～700℃下焙烧1～5小时。本专利技术方法中，步骤(2)所述钛溶胶的制备可以采用如下方法：将氧化钛前躯物溶于有机溶剂中，混合均匀制得钛溶胶。所述氧化钛前躯物可以为乙酰丙酮钛(IV)。本专利技术方法步骤(2)中，在上述混合过程中优选加入羧甲基纤维素，羧甲基纤维素的加入量与钛原子的摩尔比1～7：100。...

【技术保护点】
1.一种光催化剂，包括蜂窝陶瓷载体、改性剂以及活性组分，其中在所述的蜂窝陶瓷载体上依次负载所述的改性剂和所述活的性组分，所述的改性剂为氧化铝-二氧化钛，所述的活性组分为二氧化钛。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂，包括蜂窝陶瓷载体、改性剂以及活性组分，其中在所述的蜂窝陶瓷载体上依次负载所述的改性剂和所述活的性组分，所述的改性剂为氧化铝-二氧化钛，所述的活性组分为二氧化钛。


2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于所述的蜂窝陶瓷载体的吸水率以体积计为10％～25％，导热系数为1.0～2.0W/(M*K)，20℃密度为0.75～1.2g/cm3。


3.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于所述的蜂窝陶瓷载体中的蜂窝通孔的孔径为1～6mm，优选为1～4mm，外壁厚为0.6～2.9mm，内壁厚为0.3～2.3mm，截面上通孔面积占50％～70％。


4.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于所述的蜂窝陶瓷载体中，孔分布如下：孔直径为2～5μm的孔道所占的孔容为孔直径在100μm以下的孔道所占孔容的70％以上。


5.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于所述光催化剂的改性剂中，二氧化钛的含量为10％～23％。


6.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述蜂窝陶瓷为堇青石蜂窝陶瓷。


7.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述的光催化剂中，二氧化钛主要为锐钛矿型。


8.根据权利要求1-7任一所述的光催化剂，其特征在于，以催化剂的重量为基准，蜂窝陶瓷载体的含量为72％～96％，改性剂的含量为1％～10％，活性组分的含量为3％～18％；优选地，以催化剂的重量为基准，蜂窝陶瓷载体的含量为77％～93％，改性剂的含量为2％～8％，活性组分的含量为5％～15％。


9.根据权利要求1-8任一所述的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂中，二氧化钛晶粒呈嵌入式分散在催化剂表面上；所述催化剂外表面上的二氧化钛晶粒，粒径为5～150μm的二氧化钛晶粒占70％以上，进一步地，粒径为5～100μm的二氧化钛晶粒占70％以上。


10.权利要求1-9任一所述光催化剂的制备方法，包括：
(1)将二氧化钛和氧化铝的混合浆液喷浸在蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧，得到负载改性剂的蜂窝陶瓷载体；
(2)钛溶胶的制备；
(3)将步骤(1)所得的负载改性剂的蜂窝陶瓷载体浸入步骤(2)所得的钛溶胶中进行挂浆，去多余浆，干燥，
(4)步骤(3)的过程重复0～5次，优选1～4次；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，张皓，
申请(专利权)人：广东粤能净环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44