[發(fā)明專利]一種高活性的TiO2基光催化劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010114200.1
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101791564A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 叢野;李軒科;別望望;董志軍;袁觀明;崔正威
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J21/18;B01J21/06;A62D3/176;A62D3/10;A62D101/28
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種光催化劑的制備方法，具體涉及一種高活性的TiO₂基光催化劑及其制備 方法。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題已作為一個不可回避的重要問題提上了各國政府的議事 日程。光催化以其室溫深度反應(yīng)和可直接利用太陽能作為光源來驅(qū)動反應(yīng)等獨特性能，成為 一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù)。TiO₂以其高活性、安全無毒、化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定(耐化學(xué)和光腐蝕)、成本低等優(yōu)點，被公認(rèn)為環(huán)境治污領(lǐng)域最具開發(fā)前途的環(huán)保型光催 化材料。

但是要將二氧化鈦光催化技術(shù)發(fā)展成為一項實用的環(huán)境污染治理技術(shù)，還亟待解決以下 幾個問題：(1)光量子效率低，單純TiO₂光催化劑的光生電子-空穴對的再復(fù)合效率高，光 催化性能不突出，因此難以處理量大且濃度較高的工業(yè)廢氣和廢水；(2)太陽能利用率低， 即在可見光作用下光催化活性較低，這是因為TiO₂的禁帶寬度較寬(銳鈦礦為3.2eV，金紅 石為3.0eV)，僅能吸收太陽光中波長小于380nm的紫外光，然而太陽光中紫外光的能量僅 占3-5％；(3)單一的二氧化鈦對有機(jī)污染物的吸附能力較差，而一般水中待處理的污染物濃 度較低，光催化降解時污染物與二氧化鈦接觸頻率低，導(dǎo)致反應(yīng)速率較慢，需要較長的時間 才能達(dá)到光催化的目的；(4)固定化條件苛刻，由于二氧化鈦光催化劑易凝聚，不易回收， 因此需要負(fù)載于適當(dāng)?shù)妮d體上或用適當(dāng)?shù)墓潭ɑ椒ü潭ǖ交牡谋砻婧螅拍馨l(fā)揮光催化 作用。常規(guī)采用溶膠-凝膠或者水熱的方法將二氧化鈦涂覆在一些載體表面，存在涂層不均勻 且易從載體上脫落等問題；或者是采用粉末燒結(jié)法、熱噴等方法將二氧化鈦粉末噴涂在基材 表面，涂層制備復(fù)雜，工藝條件苛刻，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低的高活性的TiO₂基光催化劑的制 備方法；所制備的光催化劑結(jié)構(gòu)、形態(tài)和組成可控，具有較高的可見光和紫外光催化活性， 對有機(jī)污染物的吸附能力強(qiáng)，二氧化鈦與載體之間結(jié)合牢固，不容易脫落，催化劑回收方便。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：先將0.5～20wt％的炭材料和80～99.5wt％的 金屬鹽混合，在上述混合料中按C∶Ti的摩爾比為(0.5～10)∶1加入金屬鈦粉，研磨均勻，置于 氧化鋁坩堝內(nèi)，在氬氣保護(hù)下以0.5～20℃/min的升溫速率加熱至600～1200℃，保溫0.1～50h， 冷卻至室溫；再將坩堝內(nèi)產(chǎn)物洗滌和過濾，干燥后將其置于管式爐中，在氧化性氣體氛圍中， 于100～500℃條件下氧化0.1～48h，然后冷卻至室溫，得到高活性的TiO₂基光催化劑。該光 催化劑為TiO₂/TiC/C三元復(fù)合光催化劑、TiO₂/C二元復(fù)合光催化劑、TiO₂/TiC二元復(fù)合光催 化劑、TiO₂一元光催化劑中的一種。

其中：炭材料為碳納米管、炭纖維、炭黑、石墨粉中的一種；洗滌是用蒸餾水洗滌或在 水中煮沸，洗至用0.05mol/L硝酸銀溶液滴定濾液中觀察不到白色沉淀為止；金屬鹽為堿金 屬的氯化物、氟化物、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種以上；氧化性氣體為空氣、氧氣、水蒸氣中 的一種。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用的先熔鹽后氧化的方法，成本低；

2、本發(fā)明所制備的光催化劑結(jié)構(gòu)、形態(tài)和組成可控，能制備成納米管、纖維、粉體等形 態(tài)，結(jié)構(gòu)和組成或以TiO₂/TiC/C三元為主、或以TiO₂/C二元為主、或以TiO₂/TiC二元為主、 或以TiO₂一元為主；

3、本發(fā)明所制備的光催化劑對有機(jī)污染物的吸附能力增強(qiáng)，在可見光和紫外光下均具有 較高的光催化活性，提高了太陽能的利用效率，能有效降解一定種類的有機(jī)污染物；

4、二氧化鈦在炭基體表面分布均勻；

5、二氧化鈦與炭基體以化學(xué)鍵相結(jié)合，連接牢固，不會發(fā)生脫落，催化劑回收方便。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，并非對保護(hù)的范圍的限制。