[發(fā)明專利]一種負(fù)載型碳改性二氧化鈦光催化劑的合成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210041470.3
• 申請日: 2012-02-23
• 公開（公告）號: CN102614859A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建鋒;李定龍;崔冰瑩;張?zhí)炝?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 常州水木環(huán)保科技有限公司
• 主分類號: B01J21/16
• 分類號: B01J21/16;B01J21/06;B01J35/10;C02F1/72;C02F1/30
• 代理公司: 鎮(zhèn)江京科專利商標(biāo)代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光催化劑的合成方法，屬于環(huán)境保護(hù)中污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到好的解決。1972?年，A.?Fujishima和K.?Honda在n型半導(dǎo)體TiO₂電極上發(fā)現(xiàn)了水的光電催化分解作用，TiO₂氧化活性較高，化學(xué)穩(wěn)定性好，對人體無毒害，成本低，無污染，應(yīng)用范圍廣，因而最受重視，是目前應(yīng)用最廣泛的納米光催化材料，也是最具有開發(fā)前途的綠色環(huán)保型催化劑。

在眾多的氧化物光催化材料中，TiO₂以其強(qiáng)氧化性、無毒性、光和化學(xué)穩(wěn)定性以及廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)而成為最理想的環(huán)境治理光催化材料。但是TiO2的推廣應(yīng)用遇到兩個瓶頸問題：（1）TiO₂禁帶寬度大，只能被太陽光中的紫外光激發(fā)，例如銳鈦礦TiO₂的禁帶寬度Eg=3.2?eV，僅能吸收波長小于387?nm紫外光區(qū)的光,?對太陽能的利用效率較低；（2）對TiO₂的研究多集中于TiO₂粉體，限制了TiO₂的應(yīng)用范圍。而TiO₂的禁帶寬度較大通過碳改性的TiO₂在可見光下會有吸收，目前采用的方法是利用碳或者其他金屬摻雜，這種摻雜得到的仍然是粉體，在實(shí)際應(yīng)用中難以分離。研究表明（Angew?Chem,?Int?Ed,?2008,?47:?9975）：TiO2?粒子表面含碳物種可通過光敏化實(shí)現(xiàn)可見光催化。現(xiàn)在一般用活性炭表面負(fù)載TiO₂這種方法改善了材料的吸附性能并有一定的可見光催化活性，但由于負(fù)載量低，鈦和碳之間結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致效率較低。有研究以酚醛樹脂為碳源的碳改性TiO₂作為可見光光催化劑降解甲基橙（催化學(xué)報(bào)，2011，32（4）：699-703），但該方法中的TiO₂在碳材料中分散度不高，處理效率較低。

膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土巖。蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征為一種含水的層狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個硅氧四面體中間夾一個鋁（鎂）氧（氫氧）八面體組成，屬于2:1型的三層粘土礦物。晶層間的距離為0.96～2.14nm，這些納米片層層疊在一起，形成幾百納米到幾微米的粘土顆粒，在膨潤土層間有可以交換陽離子。膨潤土在水處理方面有較多的應(yīng)用，但僅局限于吸附處理，其本身沒有催化能力。但膨潤土層狀的納米片層結(jié)構(gòu)是良好的催化載體，在膨潤土層間進(jìn)行TiO₂的碳改性，可以使碳和TiO₂緊密結(jié)合，其結(jié)合屬于納米顆粒的結(jié)合，分散度高，可以取得較好的光催化效果，另外膨潤土負(fù)載的碳改性的TiO₂易于從水中分離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種負(fù)載型碳改性二氧化鈦的合成方法，該方法是將TiO₂負(fù)載在膨潤土層間，既可以保持其納米效應(yīng)又可以利于沉淀分離。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是按如下步驟實(shí)施：?

1）制備鈦柱撐液：將60~80ml的無水乙醇和40~45?ml的鈦酸正丁酯混合，磁力攪拌20~30?min，得到淡黃色澄清溶液A；將96~100?ml的1mol/L的HNO₃與100~105?ml的無水乙醇混合，得到溶液B；將溶液A緩慢的滴加到溶液B中，同時(shí)劇烈攪拌，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌30min，然后滴加0.1~1?mol/L的NaOH溶液，使得NaOH和HNO₃的摩爾比為1:3，滴加結(jié)束繼續(xù)攪拌30min即得到鈦柱撐液。?

2）制備有機(jī)改性膨潤土懸濁液：將10~15?g磨碎的天然膨潤土加入蒸餾水配成2%的溶液，浸泡10~12?h，邊攪拌邊滴加濃度為1~10?g/L的長鏈型陽離子表面活性劑或短鏈型陽離子表面活性劑溶液，陽離子表面活性劑總量為0.4~0.9倍相應(yīng)膨潤土陽離子交換容量，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1~1.5?h，隨后靜置一段時(shí)間，然后倒去上清液，再加入一定量的蒸餾水沖洗2~3次，清洗結(jié)束后加入蒸餾水制成濃度為100~200?g/L的有機(jī)改性膨潤土懸濁液。