[發明專利]一種炭黑與納米二氧化鈦復合材料的制備及其應用

無效

• 申請號: 201410534617.1
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104226252A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 張永剛;張麗
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J21/18;C02F1/28;C02F1/30;C02F1/62
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技術領域

本文公開發明涉及一種炭黑與納米二氧化鈦復合材料的制備及其應用，屬于無機納米材料制備與應用的技術領域。?

背景技術

隨著工業經濟的發展，水體受到日益嚴重的污染破壞，近年來，引起了人們的高度重視，尤其是工業廢水，水質變化復雜而劇烈，含有大量的有機污染物，并且其色度深，pH值變化大，可生化性能差，還含有各種有毒污染物，如苯環，胺基，偶氮等基團的苯胺，硝基苯，鄰苯二甲酸類等。這些物質難以生物降解，而且多為致癌物質，嚴重危及人的身體健康。近年來發展起來的節能、高效、光催化降解技術解決這些問題提供了良好的途徑。?

目前最常采用的光催化劑納米二氧化鈦由于具有光化學性質穩定，催化效率高，無毒無害，價格低廉，無二次污染等優點，其作為光催化劑受到了人們日益廣泛的關注，因此在水污染治理中得到了極大的重視，更是在環境水處理領域中表現出廣闊的應用前景。但是也存在著自身的局限，如吸附能力較低導致光催化效率較低；禁帶寬，只對紫外光響應，太陽光利用率低等。?

目前二氧化鈦的研究主要集中兩方面：一是擴大其光響應范圍，提高其對可見光的利用率，可使其成為光生電子一空穴對的淺勢捕獲陷阱，延長電子與空穴的復合時間，提高二氧化鈦的光催化性能，而且，一些摻雜還可以減小二氧化欽的禁帶寬度，擴大其光吸收范圍，提高對太陽光的利用率；二是增強其化學吸附性能，提高光降解速率，最常用的方法就是摻雜或負載固體。?

鑒于背景技術所存在的問題，在本發明中，擬采用HCB(經過氧化氫氧化的炭黑CB)摻雜二氧化鈦，HCB地分散在水合凝膠A中，實現了HCB在二氧化鈦晶格中的原位摻雜。該制備方法工藝和流程簡便，參數可調范圍寬，可重復性強，成本低。通過上述制備方法得到的HCB-TiO2納米復合材料，為高分散性的納米晶粒，粒徑尺寸在15納米左右，尺寸均一，具有較高的吸附性能和光催化分解有機污染物能力。?

發明內容

本發明在溶膠-凝膠法的基礎上，提供一種炭黑與納米二氧化鈦復合材料的制備方法。?

本發明還涉及上述制備方法制備的復合材料在吸附及其光催化還原降解六價鉻方面的應用。?

一種炭黑與納米二氧化鈦復合材料，其制備方法包括如下步驟：?

(1)取10g炭黑放置于250ml雙氧水(30％)在加熱回流裝置加熱到50℃中加熱200min，然后取出去離子水反復沖洗至中性且無殘留過氧化氫，在通過真空烘干箱在80℃烘干24h待用；?

(2)向50ml無水乙醇中加入25ml的鈦酸鹽，密封攪拌20min形成均相溶液A；?

(3)向25ml無水乙醇中加入1ml鹽酸和2.5ml去離子水，密封攪拌10min形成均相溶液；然后在上述體系中邊攪拌邊緩慢加入經過氧化氫表面修飾的炭黑(HCB)，直到形成均與混合溶液B；?

(4)將上述均相溶液B密封攪拌10min緩慢加入A形成凝膠AB，凝膠放置24h，然后進行60℃干燥處理，獲得初步的復合材料粉末；?

(5)將步驟(4)制備獲得的初步的復合材料粉末放入氮氣保護的熱處理爐，在500℃煅燒形成復合材料。?

本發明首先對炭黑(CB)進行過氧化氫表面處理(HCB)，然后通過溶膠-凝膠(sol-gel)方法的基礎上制備一種炭黑與納米二氧化鈦復合材料，其優點在于：?

(1)所采用的炭黑原料來源不受限炭黑的生產工藝；?

(2)制備復合材料所需的有機鈦酸鹽為鈦酸丁酯、鈦酸四正丁酯中的任意一種；?

(3)在經過過氧化氫氧化的炭黑(CB)表面引入官能團，通過過化學鍵將納米HCB和納米二氧化鈦牢固地結合在一起，有效地避免了納米二氧化鈦在載體表面的易脫落問題，大幅提高了復合材料的穩定性；經過過氧化氫表面處理的炭黑改變了二氧化鈦粒徑尺寸，從而使其光吸收區域擴展至可見光區域，增強光催化特性。本發明在溶膠-凝膠方法過程中繼續添加經過氧化氫表面處理的一種炭黑，制備過程沒有使用有機溶劑，污染少。?

(4)上述制備的一種炭黑與納米二氧化鈦復合材料的應用：應用于吸附與光催化還原去除降解六價鉻離子，其去除效率在百分之九十以上。?

附圖說明

附圖1復合材料的制備工藝流程圖。?

附圖2一種炭黑(a)摻雜納米二氧化鈦(b)復合材料(c)透射電鏡(TEM)圖。?

附圖3復合材料的X射線粉末衍射譜圖?

附圖4納米二氧化鈦與一種炭黑摻雜二氧化鈦納米復合材料紫外可見光譜圖。?