一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料及其制备方法和应用，本发明专利技术光催化材料的制备方法包括以下步骤：采用恒压滴液漏斗向去离子水和四氢呋喃的混合溶液中滴加钛酸四丁酯并且持续搅拌，所得反应后的样品经蒸发烘干后，再高温煅烧，即形成所述的蜂窝煤状TiO2光催化材料。本发明专利技术的光催化材料比表面积大，制备工艺简便易行，成本低，产率高，具有优异的稳定性，应用于光催化降解VOCs的效果优于常规的二氧化钛，在光催化剂领域具有巨大的应用潜力。用潜力。用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，特别是涉及一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温(293.15K)和常压(101.325kPa)下蒸气压超过10.3Pa的有机化合物。挥发性有机化合物(VOCs)已成为发展中国家城市地区的空气污染的主要来源。它们既间接地作为臭氧/烟雾前体，又直接作为对环境有毒的物质。快速的城市化和工业化导致环境中的挥发性有机化合物排放量不断增加。挥发性有机化合物的排放可以来自广泛的室外和室内来源。户外来源包括但不限于化学工业、造纸、食品加工、油漆干燥、运输、炼油厂、汽车制造商、金属脱脂。室内来源包括家用产品、办公用品、打印机、热交换器系统、绝缘材料、压制木材、柴炉和管道泄漏等。甲苯是一种常见且典型的VOC，已被公认为强致癌物。VOCs的净化方法主要分两类：回收法和破坏法，回收法是将VOC富集在一起，包括吸收、吸附、膜分离和浓缩。破坏法是将VOC分子转化为二氧化碳和水的一种方法，包括燃烧法、催化氧化法、光催化氧化法、等离子体法以及生物法。光催化氧化工艺(PCO)被认为是一种先进的氧化技术，是一种高效且经济的VOC去除技术，其低成本，条件温和，无毒且耐光腐蚀等特点使其成为环境修复的有效方法。
[0003]光触媒是光催化降解VOCs的空气净化技术中的关键部件之一。到目前为止，TiO2因其化学稳定性和强光氧化能力而被广泛用作环境光催化剂。在紫外线下，光催化剂可以产生电子和空穴，这些电子和空穴进一步转化为羟基自由基(
·
OH)、超氧阴离子(O2·
‑
)或其他活性物质，可以将VOCs氧化成无机小分子。但是TiO2的失活导致光催化效率低，光催化寿命缩短，这将降低光催化作为一种实用的空气净化技术的商业价值。从经济角度来看，催化剂的短寿命会导致催化剂的频繁更换，从而增加与系统相关的成本。
[0004]为了防止光催化剂在VOCs长时间降解过程中失活并提高光催化效率，应高度阻止顽固中间体的形成或它们在表面上的积累。因此，已经开发了许多策略来防止光催化剂失活，包括与其他半导体形成异质结、表面改性、新型光催化材料的合成等。于是我们将改变二氧化钛的形貌，提高选择性捕获和富集甲苯的能力，然后在二氧化钛上进行光降解，以达到抗失活的目的并提高效率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料及其制备方法和应用，本专利技术采用对环境无污染的安全材料二氧化钛改性作为光催化剂，在光催化降解有机污染物的过程中阻碍了降解过程中催化剂的失活，并且易于回收利用，更有利于在环境中的应用。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料，其特征在于它是以钛酸四丁酯为
钛源原料，在去离子水
‑
四氢呋喃混合溶剂中水解后，依次经加热蒸发干燥和煅烧而成的TiO2材料。
[0008]所述的一种蜂窝煤状TiO2光催化材料，其特征在于所述TiO2材料的形貌是呈蜂窝状的微球，微球直径为300
‑
700nm，微球是由TiO2纳米片团聚组成，单个TiO2纳米长度为10
‑
30nm，厚度为5
‑
20nm。
[0009]所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料，其特征在于所述TiO2纳米片为锐钛矿相，表面暴露(001)晶面和(101)晶面。
[0010]所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0011]1)将钛酸四丁酯用恒压滴液漏斗分散在去离子水和四氢呋喃混合液中，持续在室温下搅拌1
‑
3h；然后于60～90℃水浴中加热蒸发脱除水和四氢呋喃，反应结束后得到的二氧化钛前驱体；其中，钛酸四丁酯、四氢呋喃、去离子水的投料比为25
‑
35mL：10
‑
90mL：30
‑
70mL；
[0012]2)将步骤1所得的前驱体，研磨后用管式炉在400～600℃下煅烧2～5h，最终得到类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料。
[0013]所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，钛酸四丁酯、四氢呋喃、去离子水的投料比为25mL：50
‑
70mL：50mL。
[0014]所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，加热蒸发的温度为80℃。
[0015]所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料在光催化降解有机污染物中的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0017]1)本专利技术提供的类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料中，TiO2纳米片高比例暴露的(001)晶面利于H2O离解产羟基提高反应活性，提高催化效率，在紫外光源下对甲苯的去除效率均大于95％。
[0018]2)类蜂窝状TiO2多孔微球比表面积变大，对目标污染物具有吸附增强作用而避免水的竞争吸附，并使整体复合结构拥有极高稳定性，长期使用不会发生失活。
[0019]3)本专利技术所得类蜂窝状TiO2多孔微球光催化剂物理稳定性较好，无挥发、不溶解、耐热温度高、无毒性；用去离子水冲洗，未见二氧化钛剥落。
[0020]4)本专利技术合成步骤简单，材料便宜环保，时间短，制备过程简单，产量大，在环境保护方面，可以用来消除大气污染、进行污水处理等。
附图说明
[0021]图1为实施例1制得的TiO2@THF
‑
50的透射电子显微镜(TEM)图。
[0022]图2为实施例1制得的TiO2@THF
‑
50的X射线衍射(XRD)图。
[0023]图3为实施例1、2、3、4、5、6所制备的光催化材料TiO2及对比例1的P25催化剂在紫外光下对甲苯的降解性能图。
[0024]图4为实施例1所制备的TiO2在紫外光下连续循环使用5次降解甲苯的性能图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0026]实施例1
[0027]将钛酸四丁酯(25ml)用恒压滴液漏斗分散在去离子水(50ml)和四氢呋喃(50ml)混合液中，持续在室温下搅拌3h，反应结束后得到的二氧化钛前驱体；所得的前驱体在80℃水浴下蒸发干燥，研磨后用管式炉在400℃下煅烧3h，最终得到类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料。记为TiO2@THF
‑
50，TiO2的质量占比为100％。
[0028]对实施例1所得的TiO2@THF
‑
50样品进行SEM表征，结果表明制备得到的TiO2@THF...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝煤状TiO2光催化材料，其特征在于它是以钛酸四丁酯为钛源原料，在去离子水
‑
四氢呋喃混合溶剂中水解后，依次经加热蒸发干燥和煅烧而成的TiO2材料。2.如权利要求1所述的一种蜂窝煤状TiO2光催化材料，其特征在于所述TiO2材料的形貌是呈类蜂窝状多孔微球，微球直径为300
‑
700 nm，微球是由TiO2纳米片团聚组成，单个TiO2纳米长度为10
‑
30nm，厚度为5
‑
20nm。3.如权利要求2所述的一种类蜂窝煤状TiO2多孔微球光催化材料，其特征在于所述TiO2纳米片为锐钛矿相，表面暴露（001）晶面和（101）晶面。4.如权利要求1所述的一种类蜂窝状TiO2多孔微球光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将钛酸四丁酯用恒压滴液漏斗分散在去离子水和四氢呋喃混合液中，持续在室温下搅拌1

【专利技术属性】
技术研发人员：汤俊涛，陆展锋，何志桥，宋爽，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：