[發(fā)明專利]一種金屬摻雜納米TiO2/海泡石復(fù)合材料及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710222317.3
• 申請(qǐng)日: 2017-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN106925252A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭水林;張廣心;孫志明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): B01J23/10
• 分類號(hào): B01J23/10;B01J23/18;B01J23/22;C02F1/30;B01D53/00;C02F101/30
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于降解污染物的金屬摻雜納米TiO₂/海泡石復(fù)合光催化材料及制備方法，屬于礦物材料加工與應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光催化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，在污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。光催化材料在光照情況下，受激發(fā)產(chǎn)生自由基，將吸附于其表面的污染物催化氧化，最終礦化降解為二氧化碳、水等產(chǎn)物。在眾多光催化劑中，TiO₂因具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)氧化性、無毒和低成本等特點(diǎn)，成為目前研究最廣泛的光催化材料。但是，在實(shí)際制備及應(yīng)用過程中，由于納米TiO₂顆粒比表面積大，表面自由能高，極易團(tuán)聚成二次顆粒，使其光催化活性降低。為了克服以上缺點(diǎn)，人們提出將納米TiO₂固定于一定載體之上。

目前，以海泡石為載體負(fù)載納米TiO₂顆粒已有一些研究。在這些研究中最常用的方法是溶膠-凝膠法，見以下參考文獻(xiàn)：(1)發(fā)明專利“海泡石/納米TiO₂復(fù)合材料的合成方法”，申請(qǐng)?zhí)朇N201310459169.9，申請(qǐng)人四川嘉寶莉涂料有限公司；(2)謝治民,等.TiO₂/海泡石催化劑的制備及其對(duì)印染廢水的處理.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2009,32(5):123-127。在溶膠凝膠法中使用的鈦酸四丁酯等鈦醇鹽具有刺激性氣味，且制備過程需要乙醇等大量有機(jī)溶劑，制備方法不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。此外，四氯化鈦水解法也是廣泛使用的制備方法，見參考文獻(xiàn)：(1)發(fā)明專利“納米TiO₂/海泡石復(fù)合材料的制備方法及其用途”，申請(qǐng)?zhí)朇N201410063295.7，申請(qǐng)人張吉鵬；(2)賀洋,等.納米TiO₂/海泡石復(fù)合粉體的制備及光催化性能研究.非金屬礦,2010,33(1):67-69。在這種方法中所用的四氯化鈦水解過程不易控制，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，制備工藝流程復(fù)雜。

TiO₂的禁帶寬度決定了其只能吸收紫外光，在可見光區(qū)域沒有明顯的吸收。此外，TiO₂光生電子-空穴復(fù)合率較高，量子效率較低。近年來，研究者們通過多種方法(貴金屬沉積、元素?fù)诫s、染料敏化等)對(duì)TiO₂進(jìn)行修飾改性，拓寬TiO₂的可見光響應(yīng)區(qū)域，使其光生電子-空穴對(duì)能夠有效分離，從而提高其光量子效率。通過金屬元素?fù)诫s制備的TiO₂既能有效擴(kuò)展材料的光響應(yīng)范圍，又能促進(jìn)二者空穴-電子對(duì)的有效分離。目前，已有諸多關(guān)于金屬摻雜TiO₂的制備研究，見以下參考文獻(xiàn)：(1)發(fā)明專利“釩-氮共摻雜TiO₂光催化劑的制備方法”，申請(qǐng)?zhí)朇N201110146031.4，申請(qǐng)人甘肅省科學(xué)院自然能源研究所；(2)王淑勤,等.摻釩TiO₂可見光催化氧化SO₂的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理.太陽能學(xué)報(bào),2015,36(11):2690-2697。這些文獻(xiàn)都是關(guān)于純TiO₂的制備，未解決催化劑易團(tuán)聚、回收難的問題。

本發(fā)明針對(duì)目前納米TiO₂催化劑存在的不足，提出了一種具有可見光響應(yīng)的納米TiO₂/海泡石復(fù)合材料及制備方法。海泡石是一種纖維狀富鎂含水硅酸鹽輕質(zhì)黏土礦物，主要化學(xué)成分為SiO₂和MgO。海泡石獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使其具有比表面積高、吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建材、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。將具有可見光響應(yīng)的納米TiO₂負(fù)載于海泡石上，既能有效提高催化劑分散性能與可回收性，降低使用成本，又可以利用載體對(duì)污染物良好的吸附捕捉性能，提高材料光催化效率。因此，這種復(fù)合光催化劑具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)方案是，以海泡石為載體，采用溶劑蒸發(fā)-煅燒晶化法，制備出一種具有可見光響應(yīng)的金屬摻雜納米TiO₂/海泡石復(fù)合光催化材料。

本發(fā)明制備的納米TiO₂/海泡石復(fù)合光催化材料，海泡石表面負(fù)載了釩(V)、鈰(Ce)或鉍(Bi)摻雜銳鈦型TiO₂，催化劑禁帶寬度為2.7～3.0eV，納米TiO₂質(zhì)量為海泡石質(zhì)量的10％～60％。

其制備方法及工藝步驟如下：