三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂及其制备方法技术

一种三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂及其制备方法，取磁性纳米颗粒溶胶和活性炭，按磁性纳米颗粒与活性炭的质量比为１∶１～１∶９的比例，将活性炭加入磁性纳米颗粒溶胶中，搅拌并使磁性纳米颗粒被活性炭所吸附，然后用磁场将其分离，在４０～８０℃下干燥制备成具有磁性的磁性活性炭，以用作二氧化钛的载体；将磁性活性炭浸渍于锐钛矿型二氧化钛溶胶中，使磁性活性炭与锐钛矿型二氧化钛的质量比为１∶１～１∶５，搅拌０．５小时后，将该悬浮液旋转蒸发干燥至粉末状，该粉末状物质为磁性纳米颗粒、活性炭及锐钛矿型二氧化钛三元复合光催化剂。本发明专利技术制备了强吸附性能的多孔活性炭，用作催化剂的载体以及废水处理和废物回收利用的吸附剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光催化剂及其制备方法，尤其涉及一种三元复合锐钛矿型TiO2光催化剂及其制备方法。
技术介绍
自从1972年Fujishima和Honda在Nature杂志上报道了锐钛矿型的TiO2光电极能水解制氢以来，基于宽禁带的半导体材料光照下发生的电荷分离和诱发的氧化还原反应迅速在光催化氧化有机废水的研究和应用方面引起了广泛的关注。其中，纳米TiO2具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、反应速度快、对有机物的降解无选择性且易使之完全矿化、无二次污染等优点，被普遍认为最有应用前景的光催化剂。TiO2有三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿，其中又以锐钛矿型的活性最高。一般水处理体系使用的光催化剂都是粉末TiO2，而粉末光催化剂在使用中有诸多不便，且存在回收困难等问题。因此，制备纳米级的TiO2催化剂并寻找合适的催化剂载体，是TiO2光催化剂处理废水工业化的关键。活性炭是一种惰性吸附剂，由于有很强的吸附能力，活性炭已经应用于气相和液相反应，其中活性炭主要用作TiO2的载体。Juan Matos等研究发现在活性炭与TiO2间存在协同效应使得光催化效率大大的提高。然而由于用作载体的活性炭为微米级的，虽然回收过程中减少了TiO2的流失浪费，催化剂仍然需要过滤分离，这仍需要很大的人力和物力。有些研究者为了简化催化剂的分离过程，将纳米TiO2负载在磁性颗粒上面制备核壳结构的磁性复合光催化剂，并借助一个外加的磁场可以容易地将复合催化剂从被处理的废水体系中分离出来，但是存在一个问题就是复合光催化剂的光催化性能降低了。为了避免这种情况笔者制备了活性炭/TiO2/磁性颗粒的三元复合光催化剂，即将活性炭的吸附能力、磁性颗粒的可磁分离性和TiO2的光催化性能结合起来构成新型的光催化剂，并取得了很好的效果。
技术实现思路
本专利技术提供一种一种三元复合锐钛矿型TiO2光催化剂及其制备方法，由本专利技术制得的三元复合光催化剂具有光催化性能高，容易地被分离的优点。本专利技术所述方法简单可行、成本低。本专利技术采用如下技术方案本专利技术所述光催化剂如下一种三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂，在活性炭上吸附有磁性纳米粒子，形成磁性活性炭，在磁性活性炭上负载二氧化钛，其中，磁性纳米粒子/活性炭的质量比为1∶1～1∶9，磁性活性炭/TiO2的质量比为1∶1～1∶5。上述磁性纳米粒子可选用Fe3O4、γ-Fe2O3或铁酸镍。本专利技术所述制备上述光催化剂的方法如下第一步取磁性纳米颗粒溶胶和活性炭，按磁性纳米颗粒与活性炭的质量比为1∶1～1∶9的比例，将活性炭加入磁性纳米颗粒溶胶中，搅拌并使磁性纳米颗粒被活性炭所吸附，然后用磁场将其分离，在40～80℃下干燥制备成具有磁性的磁性活性炭，以用作二氧化钛的载体；第二步取锐钛矿型二氧化钛溶胶，将磁性活性炭浸渍于的锐钛矿型二氧化钛溶胶中，使磁性活性炭与锐钛矿型二氧化钛的质量比为1∶1～1∶5，搅拌0.5小时后，将该悬浮液旋转蒸发干燥至粉末状，该粉末状物质为磁性纳米颗粒、活性炭及锐钛矿型二氧化钛三元复合光催化剂。与现有的负载型光催化剂相比，本专利技术具有以下优点(1)本专利技术提出将磁性颗粒吸附在活性炭上面，赋予其磁性，从而制备了具有强吸附性能的多孔活性炭，该磁性活性炭应用广泛，可以用作催化剂的载体以及废水处理和废物回收利用的吸附剂。本专利技术中磁性颗粒的制备以及负载都是在室温下进行的，制备方法简单、成本低。(2)在低温情况下制备了锐钛矿型的二氧化钛，然后用所制备的磁性活性炭作载体，将二氧化钛负载于其表面，从而制得负载型三元复合光催化剂，其光催化性能高，降解率达到了纯二氧化钛的1.7倍。(3)本专利技术制备的负载型三元复合光催化剂适用于悬浮态反应器，但由于其具有超顺磁性，在光催化反应后只需借助于一个外加磁场就可以将催化剂分离，加以回收利用，从而进一步的降低了处理成本。附图说明图1是本专利技术制备的样品的XRD图谱。图2是本专利技术制备的样品的SEM图，(a)磁性活性炭，(b)二氧化钛负载的磁性活性炭。图3是本专利技术制备的样品的VSM图谱。图4是磁分离样品的示意图。图5是本专利技术制备的样品与纯二氧化钛光催化降解苯酚的比较图。图6是本专利技术制备的样品重复利用的光催化降解率变化图。具体实施例方式实施例1一种三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂，在活性炭上吸附有磁性纳米粒子，形成磁性活性炭，在磁性活性炭上负载二氧化钛，其中，磁性纳米粒子/活性炭的质量比为1∶1～1∶9，磁性活性炭/TiO2的质量比为1∶1～1∶5，在本实施例中，磁性纳米粒子与活性炭的质量比可选用1∶1、1∶9、1∶3、1∶5或1∶8，磁性活性炭与TiO2的质量比可选用1∶1、1∶5、1∶3或1∶4。上述磁性纳米粒子可选用Fe3O4、γ-Fe2O3或铁酸镍。实施例2一种用于制造上述三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂的制备方法第一步取磁性纳米颗粒溶胶和活性炭，按磁性纳米颗粒与活性炭的质量比为1∶1～1∶9的比例，将活性炭加入磁性纳米颗粒溶胶溶胶中，搅拌并使磁性纳米颗粒被活性炭所吸附，然后用磁场将其分离，在40～80℃下干燥制备成具有磁性的磁性活性炭，以用作二氧化钛的载体，在本实施例中，磁性纳米颗粒与活性炭的质量比可选用1∶1、1∶9、1∶4、1∶6或1∶7，干燥温度为40℃、80℃、45℃、62℃、72℃或53℃；第二步取锐钛矿型二氧化钛溶胶，将磁性活性炭浸渍于的锐钛矿型二氧化钛溶胶中，使磁性活性炭与锐钛矿型二氧化钛的质量比为1∶1～1∶5，搅拌0.5小时后，将该悬浮液旋转蒸发干燥至粉末状，该粉末状物质为磁性纳米颗粒、活性炭及锐钛矿型二氧化钛三元复合光催化剂，在本实施例中，磁性活性炭与锐钛矿型二氧化钛的质量比为1∶1、1∶5、1∶2或1∶3，搅拌时间为0.5、1.0、1.5、2.0小时或更长时间。上述磁性纳米颗粒溶胶选用Fe3O4溶胶；磁性纳米颗粒溶胶还可选用γ-Fe2O3或铁酸镍溶胶。本专利技术所使用的磁性纳米颗粒可以采用现有的方法制得，以Fe3O4磁性纳米粒子为例，可以用湿化学共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子；本专利技术所使用的锐钛矿型的二氧化钛也可以采用现有方法得到，例如可用溶胶-凝胶法在低温下制备锐钛矿型的二氧化钛，即按钛化合物与醇的摩尔比为1∶1.42的比例，将钛化合物与醇配置成钛化合物的醇溶液，在搅拌下、将钛化合物的醇溶液滴加到pH＝2.5的酸的水溶液中水解且钛化合物与酸的水溶液中的水之摩尔比为1∶151，在75℃条件下回流24小时后，将所得的溶胶在55℃下蒸发除去醇类，得到锐钛矿型二氧化钛溶胶。实施例3一种用于制备TiO2/Fe3O4/活性炭三元复合光催化剂的制备方法，是首先按Fe3O4/活性炭比为1∶5制备磁性活性炭，然后将180ml用溶胶-凝胶法制备的二氧化钛负载于3克磁性活性炭上面。实施例4本实施例为具体应用的例子。将3克用蒸馏水洗干净的活性炭加入200mlFe3O4(0.6g)溶胶中，搅拌30min使其充分吸收，然后将一块强度为1T的磁铁置于烧杯底部使Fe3O4/活性炭沉降下来，将上层清液倒掉，然后于60℃烘干备用。在剧烈搅拌下，将钛酸四正丁酯的异丙醇溶液匀速、逐滴滴加到水溶液中，用浓硝酸调节水溶液的pH值为2.5，水、异丙醇与钛酸四正丁酯的摩尔比分别为151和1.42，反应溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂，其特征在于在活性炭上吸附有磁性纳米粒子，形成磁性活性炭，在磁性活性炭上负载二氧化钛，其中，磁性纳米粒子／活性炭的质量比为１∶１～１∶９，磁性活性炭／ＴｉＯ↓［２］的质量比为１∶１～１∶５。

【技术特征摘要】
1.一种三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂，其特征在于在活性炭上吸附有磁性纳米粒子，形成磁性活性炭，在磁性活性炭上负载二氧化钛，其中，磁性纳米粒子/活性炭的质量比为1∶1～1∶9，磁性活性炭/TiO2的质量比为1∶1～1∶5。2.根据权利要求1所述的三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂，其特征在于磁性纳米粒子为Fe3O4。3.一种用于制造权利要求1所述三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于第一步取磁性纳米颗粒溶胶和活性炭，按磁性纳米颗粒与活性炭的质量比为1∶1～1∶9的比例，将活性炭加入磁性纳米颗粒溶胶中，搅拌并使磁性纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖燕辉，付德刚，沈迅伟，徐晶晶，林义华，袁春伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]