[發明專利]凹凸棒石負載準一維二氧化鈦復合光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201310449740.9
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103551136A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 汪冬梅;呂珺;吳玉程;鄭治祥
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J21/16
• 分類號: B01J21/16;B01J37/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 沈尚林

技術領域

本發明涉及納米材料和光催化技術領域，具體是一種凹凸棒石負載準一維二氧化鈦復合光催化劑及其制備方法。

背景技術

光催化技術在降解污染物方面的應用己成為當今各國環境保護領域研究的熱點之一。在眾多半導體光催化劑中，納米二氧化鈦TiO₂因其無毒、低廉、化學性質穩定、催化效率高、無二次污染、應用范圍廣等突出優點而倍受關注。納米TiO₂光催化劑的使用主要有兩種形式，即直接使用納米TiO₂粒子懸浮在溶液中進行催化反應的懸浮體系和將納米TiO₂負載在載體基材上進行催化反應的負載體系。以懸浮體系為主的光催化存在的問題是將TiO₂從水中分離出來需要額外的裝置且難以經濟有效地分離，存在難于分散、回收等實際應用困難。同時在運行過程中由于小尺寸效應，納米TiO₂在分散體系中存在易團聚、沉降流失現象導致光利用率低。另外，有機污染物一般濃度低，在TiO₂光催化劑表面的吸附性差，實際應用中存在光催化降解速度慢，需要較長時間才能達到完全降解的缺點。這些問題限制了懸浮納米TiO₂光催化劑的應用和發展。

近年來采用比表面積大、多孔的惰性吸附劑作為載體與納米TiO₂復合制備催化劑成了TiO₂光催化研究領域中一個重要發展趨勢和方向。常用的與納米TiO₂復合吸附活性載體材料包括合成分子篩、活性炭、沸石、海泡石、各種合成納米孔材料等。

凹凸棒石又稱坡縷石，是一種具有層鏈狀晶體結構的含水富鎂鋁硅酸鹽天然納米礦物材料，其透射電鏡照片可參閱圖1，其具有低維、納米尺度（晶體直徑一般為40～50nm，長度幾百納米至幾微米，具有很大的外比表面積和內比表面積）、含有納米級孔道結構、含有結晶水等結構特點和優良的吸附、離子交換、耐腐蝕、耐氧化、高溫物理化學性能穩定及輕質（2.0～3.0g/cm³）等性能，還具有來源廣泛、價格低廉的優勢（以安徽省明光市富產的凹凸棒石為例，提純過后的粉體2008年的市場價為每噸1000元左右），是一種極具潛力的催化劑載體材料。

專利號為ZL2010102704468的發明專利，公開了一種PS-TiO₂-ATP有機/無機復合薄膜的制備方法，是首先將PS溶解在C₆H₁₂中得到A溶液，其次納米TiO₂/ATP復合粉體分散在C₆H₁₂中得到B溶液，然后將A溶液和B溶液進行超聲混合得到C溶液，最后在已清洗的薄片上倒入C溶液，旋涂成膜，自然晾干，經100～110℃熱處理，獲得PS-TiO₂-ATP有機/無機復合薄膜。該薄膜可應用于光催化、太陽能薄膜電池、光電轉換、熱電轉換、電磁屏蔽、微波吸收等場合。

專利號為ZL2008100208841的發明專利，公開了一種納米二氧化鈦/凹凸棒土復合材料的制備方法，是先將凹凸棒土加入到去離子水中配制成漿體；再向納米二氧化鈦前驅體中加入凹凸棒土漿體，形成納米二氧化鈦/凹凸棒土復合粒子組成的藍白色膠液；最后用堿性溶液將膠液調節pH值，再過濾反復洗滌以除去濾餅中的雜質離子；將所得的濾餅干燥，制備成納米二氧化鈦/凹凸棒復合材料粉體。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明旨在解決傳統懸浮體系納米二氧化鈦光催化劑易團聚、難分散、光催化效率低，以及光降解結束后分離回收難的技術缺陷，提供了一種凹凸棒石負載準一維二氧化鈦復合光催化劑及其制備方法，可使準一維松針狀形貌的納米級TiO₂均勻地分散在凹凸棒石表面上，避免了TiO₂顆粒的團聚，因此不會出現因團聚效應所引起的TiO₂光催化劑比表面積的減小和光催化性能下降的問題。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種凹凸棒石負載準一維二氧化鈦復合光催化劑，該復合光催化劑的載體為凹凸棒石，所述凹凸棒石的表面均勻分布有呈松針形貌的納米級二氧化鈦顆粒。

凹凸棒石負載準一維二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，包括納米二氧化鈦的水解沉淀負載及后續熱處理過程，具體步驟如下：

①、配制10～50g/L凹凸棒石去離子水懸浮液I；