[發明專利]多孔無機陶瓷膜-碳納米管-TiO2光觸媒復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210212580.1
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102744051A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 覃吳;董長青;陳秋鑾;王孝強;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;C02F1/30
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域：

本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種多孔無機陶瓷膜-碳納米管-TiO₂光觸媒復合材料及其制備方法。

背景技術：

隨著現代工農業的迅猛發展，產生了大量污染物，且大部分以廢水的形式排放到環境中去，造成了嚴重的水污染和土壤污染，并威脅到人類社會的可持續發展。多年來，研究人員采用了包括生物處理、化學處理、熱處理等廢水處理方法來處理廢水，但這些處理方法費用高，同時還都存在一定的局限性。20世紀70年代以來，出現了一種新型的污水處理技術—光催化污水處理技術，該技術以其獨特的優點，有望替代常規環境污染治理技術，用于水體的凈化。其中，TiO₂以其化學性質穩定、抗磨損、價格低廉和良好的紫外光降解活性等優點成為國內外最活躍的研究領域之一。

然而，由于TiO₂上光生載流子復合快，導致光量子效率低。同時，TiO₂能隙寬(≈3.2?eV)，致使其只能為紫外光激發，使得太陽能利用受到限制。為此，科技工作者嘗試了多種手段以克服上述缺陷，較多地致力于TiO₂的摻雜修飾，如貴金屬沉積、與其它半導體材料的復合、染料的表面光敏化、金屬和非金屬摻雜改性等。碳納米管（carbon?nanotubes,?CNTs）自發現以來，其獨特的理化性能使其在眾多領域如儲氫、導電材料、吸附劑及復合材料等領域具有廣泛的應用。因此，將碳納米管與TiO₂復合，利用碳納米管提供的大比表面和電荷傳輸性能，可顯著改善TiO₂的光催化性能。

此外，單純的TiO₂作為催化劑，污水中的有機物在其表面濃度低，傳質速率低也影響了其催化效率。多孔無機陶瓷膜作為新型分離介質具有耐高溫、耐腐蝕、耐清洗、機械強度大、結構穩定不變形、壽命長等突出優點，可彌補有機高分子膜的某些不足而獲得了迅速的發展。目前，多孔無機陶瓷膜已在食品飲料、醫藥衛生、冶金化工、污水處理和生物技術等方面得到廣泛應用。將TiO₂負載于多孔無機陶瓷膜的表面，多孔無機陶瓷膜以其極大的比表面積以及孔隙率，可促進其表面的傳質過程，加快表面吸附反應，進而達到富集有機物的目的，從而增加TiO₂的催化效率。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有光觸媒催化劑的缺陷，提供一種新型的多孔無機陶瓷膜-碳納米管-TiO₂光觸媒復合材料，利用所述的復合材料中含有的多孔無機陶瓷膜的富集吸附作用與碳納米管獨特的電荷傳輸性能，提供一種催化效率高、耐腐蝕、耐清洗、機械強度大、結構穩定不變形和使用壽命長的光觸媒復合催化劑及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明以多孔無機陶瓷膜為載體，將碳納米管-TiO₂復合物負載于載體表面形成多孔無機陶瓷膜-碳納米管-TiO₂光觸媒復合材料。在該光觸媒復合材料中，多孔無機陶瓷膜在所述的光觸媒復合材料中的質量百分比為50%~80%，碳納米管-TiO₂復合物在所述的光觸媒復合材料中的質量百分比為20%~50%；在所述的碳納米管-TiO₂復合物中，碳納米管在碳納米管-TiO₂復合物中的質量百分比為3%~5%，TiO₂在碳納米管-TiO₂復合物中的質量百分比為95%~97%。

上述的多孔無機陶瓷膜-碳納米管-TiO₂光觸媒復合材料的具體制備步驟為：

（1）多孔無機陶瓷膜的制備：

將主要成分為SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O的煤渣研磨均勻；然后向前述的煤渣研磨物中加入粒徑為0.02?mm的發泡劑；再采用半干法在成型壓力為38?MPa的條件下將前述的發泡劑和煤渣的混合物壓模成型，壓制成薄片；將壓制的薄片在馬弗爐中1100℃下煅燒2?h即獲得粉煤灰基多孔無機陶瓷片；然后將粉煤灰基多孔無機陶瓷片研磨得到所述的多孔無機陶瓷膜；

（2）碳納米管-TiO₂復合材料的制備：