一种管式陶瓷膜材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种管式陶瓷膜材料及其制备方法和应用，在管式陶瓷膜上负载TiO2和g

【技术实现步骤摘要】
一种管式陶瓷膜材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种陶瓷材料，特别涉及一种管式陶瓷膜材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]膜分离技术由于其高效、节能、过程简单、容易操作和控制而被广泛应用于水体中有机污染物的去除和降解。膜材料按照性质可以分为无机膜、有机膜和金属膜。其中，无机膜优点突出，特别是陶瓷膜具有化学稳定性好、容易清洁、耐高温和腐蚀、孔径大小可控制、陈本低廉、应用范围广泛等优点，在废水处理中有很大的应用潜力。通过依据陶瓷膜的生产方式所具有的特点以及其所具有的结构，可以将陶瓷膜分为平板陶瓷膜和管式陶瓷膜。在管式陶瓷膜中，其管壁周围分布非常多的微孔，当有原料液在管中通过的时候，就会因为受到重力作用，使得原料液就会在膜管的外侧或者内侧进行流动，而在流动的过程当中，一些分子构成较小的物质就会穿过膜，而分子结构较大的物质就会被留下来，这样就能够实现对原料液的分离、纯化以及浓缩的目的。但单独的陶瓷膜过滤对污染物的去除效果有限，因此目前的研究常将其与光催化过程连用提高对污染物的降解能力。
[0003]TiO2基催化剂是光催化中使用最多的光催化剂，因为它具有更大的比表面积、发达有序的孔道结构、较强的催化活性、相对较长的电子
‑
空穴对寿命、广泛的pH耐受能力、低毒性。然而，由于其带隙较窄，在可见光照射下活性较低。所以在紫外线范围内显示出较低的太阳能利用效率。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本发的第一目的为提供一种在可见光下催化效率高的管式陶瓷膜材料；本专利技术的第二目的为提供该材料的制备方法；本专利技术的第三目的为提供该材料在催化降解有机物中的应用。
[0005]技术方案：本专利技术所述的管式陶瓷膜材料，在管式陶瓷膜上负载TiO2和g
‑
C3N4组成的催化剂，TiO2附着在g
‑
C3N4片层表面，形成异质结。
[0006]所述管式陶瓷膜为载体，TiO2和g
‑
C3N4组成的催化剂吸附在陶瓷膜上，管式陶瓷膜的主要成分为氧化铝。
[0007]优选的，所述g
‑
C3N4占催化剂总量的0.60～5.76wt％。
[0008]本专利技术所述管式陶瓷膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将钛酸四丁酯溶于溶剂制备成凝胶状液体，然后加入g
‑
C3N4，搅拌均匀；
[0010](2)将管式陶瓷膜浸渍在步骤(2)液体中，陈化，干燥，定型，煅烧到在管式陶瓷膜表面呈现白色粉末，得到管式陶瓷膜光催化材料。
[0011]所述步骤(2)中管式陶瓷膜浸渍在凝胶状溶液中陈化后干燥为一个循环，可多次循环，在管式陶瓷膜上负载更多的凝胶状物质。
[0012]优选的，所述煅烧温度为500～550℃。所述煅烧过程，随着温度的升高，钛酸四丁酯生成二氧化钛，二氧化钛的组织形式逐步由锐钛矿型转变为金红石型，这一过程由于管
式陶瓷膜载体具有较强的吸附性能，从而提供了大量的附加表面能，使得核的临界半径减小，易于稳定的二氧化钛晶核生成。
[0013]优选的，所述陈化时间为5～12小时。陈化过程凝胶状液体吸收到管式陶瓷膜的孔隙中。
[0014]所述定型温度为120～150℃，定型过程可以使得负载在管式陶瓷膜表面的材料在适当的张力下保持均匀的尺寸。
[0015]优选的，步骤(1)中将将钛酸四丁酯溶于溶剂制备成凝胶状液体的方法为：将钛酸四丁酯溶于乙醇，然后缓慢加入醋酸水溶液，形成凝胶状液体。
[0016]其中所述g
‑
C3N4的合成方法为：
[0017]将12g尿素和6g硫脲加入到200mL乙醇中，在80℃下连续搅拌1h，通过乙醇蒸发重结晶。将得到的粉末以5℃/min的速度加热，并在带空气盖的氧化铝坩埚中保持 400℃加热2h，得到淡黄色粉末，即为g
‑
C3N4。
[0018]本专利技术所述的管式陶瓷膜材料在降解有机物中的应用，所述有机物为盐酸四环素。
[0019]专利技术机理：g
‑
C3N4是一种的重要的多功能n型窄禁带(2.7eV)半导体，独特的电子能带结构使其表现优异的可见光光催化性能，具有价廉无毒、催化活性高、氧化能力强、化学稳定性好等优点，但是局限性在于较小的比表面积。而TiO2的优点在于具备更大的比表面积和发达有序的孔道结构，可增加其与污染物的反应位点可以缩短空穴和电子扩散到表面的时间，从而提高其光催化性能，但是局限性在于只能吸收紫外光，对于太阳能的利用率不高。
[0020]本专利技术将二者复合形成的g
‑
C3N4/TiO2催化剂，是典型的Z型异质结，如图9所示， g
‑
C3N4和TiO2在光照下在其内部分别形成光生电子(e
‑
)和空穴(h
+
)，根据价带(VB) 和导带(CB)在g
‑
C3N4和TiO2中的相对位置，e
‑
会从g
‑
C3N4转移到TiO2。在界面处， g
‑
C3N4界面由于失去e
‑
而呈现正电荷，而TiO2界面由于获得e
‑
而呈现负电荷，在界面处形成内部电场(IEF)。在全光谱照射下，由于IEF的作用，TiO
2 CB上的e
‑
被加速到g
‑
C3N4的VB，然后与h
+
复合。同时，TiO
2 VB低于H2O/
·
OH位置，VB上积累的h
+
与H2O发生氧化反应生成
·
OH，而g
‑
C3N4的CB中的保留e
‑
与O2反应生成
·
O2‑
，有机物作为电子受体而被降解。Z型异质结的TiO2的CB中相对无用的e
‑
和g
‑
C3N4的VB中的h
+
，但保留g
‑
C3N4的CB中的有用e
‑
和TiO2的VB中的h
+
，h
+
、
·
OH、
·
O2‑
都为降解有机物做出了贡献。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)该管式陶瓷膜上负载的催化材料中g
‑
C3N4和TiO2复合，协同作用可以显著增大g
‑
C3N4的比表面积，拓展TiO2的光激发范围，从而提高了在可见光下的光催化性能；(2)管式陶瓷膜上负载催化剂过程简单，负载效果好；(3)该管式陶瓷膜材料应用于有机物降解，降解效果好，对四环素的降解效率最高为为97.08％。
附图说明
[0022]图1为实施例1～4制备和对比例1～2制备的材料的XRD；
[0023]图2为对比例2合成的g
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管式陶瓷膜材料，其特征在于，在管式陶瓷膜上负载TiO2和g
‑
C3N4组成的催化剂，TiO2附着在g
‑
C3N4片层表面，形成异质结。2.根据权利要求1所述的管式陶瓷膜材料，其特征在于，所述g
‑
C3N4占催化剂总量的0.60～5.76wt％。3.一种权利要求1所述管式陶瓷膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钛酸四丁酯溶于溶剂制备成凝胶状液体，然后加入g
‑
C3N4，搅拌均匀；(2)将管式陶瓷膜浸渍在步骤(2)液体中，陈化，干燥，定型，煅烧至管式陶瓷膜表面呈现白色粉末，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍贵，周硕花，许晨敏，曹慧，王亚生，孙悦，何欢，祁承都，刘亚子，宋海鸥，李时银，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：