[發明專利]一種新型空心TiO2納米杯催化劑的制備方法及其負載金屬后的應用

在審

• 申請號: 201710468272.8
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107335418A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 張國亮;宋士健;徐澤海;秦磊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J23/745;B01J32/00;C02F1/30;C02F1/72
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 黃美娟,王兵

技術領域

本發明涉及催化材料技術領域，尤其涉及一種新型“空心TiO₂納米杯”催化劑的制備方法及其負載金屬后的應用，尤其作為光催化和芬頓催化聯合在水處理上的應用。

背景技術

現如今中國環境存在水源短缺和水源污染問題、大氣污染物嚴重超標等一系列問題。至今為止，中國已成為全球環境污染最嚴重的地區之一，由于大氣污染嚴重，水資源短缺以及水污染問題加劇，目前城市與鄉鎮空氣無毒、供水安全保障面臨嚴峻挑戰。近年來，我國空氣污染和水體污染非常嚴重，水體污染呈愈演愈烈的趨勢，其根源在于過高的污水處理費用使的許多工廠為了自身利益，偷排污水或者污水不達標排放，造成了污染的惡性循環。在實際廢水中，有機廢水占有很大的比例。因此，尋求使用一種高效、廉價、實用的催化劑來處理污水、廢氣等是解決上述問題的有效方法。

一種新型空心“TiO₂納米杯”是在空心結構納米球的基礎上進一步實驗得到的，其優勢在于可以使更多反應物以及可見光進入催化劑載體內部，增加了催化劑的活性位點并可以產生更多電子空穴；同時，催化劑在可見光下對有機污染物表現出更好的氧化性能。一種新型空心的“TiO₂納米杯”催化劑的研究、制備，預采用模板與腐蝕結合法，得到空心TiO₂納米杯，并對其進行金屬負載，旨在找到簡單、實用的方法，制備出可以對工廠實際有機廢水以及大氣中污染物達到良好治理效果的高效催化劑。目前有關TiO₂納米杯的研究鮮有報道，而現有 TiO₂納米球的制備方法存在結晶度低，生長不均勻等缺陷，與TiO₂納米管、納米線、納米球相比，該發明制備的TiO₂納米杯有幾個獨特的優勢，如對有機分子有更好的吸附和擴散性，在水中或大氣中有更高分散性和懸浮性，以及具有更高的結晶度等。因此，TiO₂納米杯在可見光下降解污染物具有廣闊的應用前景。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種高效、廉價、實用的催化劑及其負載金屬后的應用。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種新型“空心TiO₂納米杯”催化劑的制備方法，所述的方法按如下步驟進行：

(1)以納米級C球為模板，將所述的C球浸漬于有機鈦鹽中，加入質量分數為1～3％氨水，在0～30℃下攪拌反應30～60分鐘后，所得反應混合物A經后處理得到C@TiO₂球；所述的有機鈦鹽的加入量以 C球的質量計為10～40ml/g，所述的氨水的加入量以C球的質量計為 10～40ml/g；

(2)將步驟(1)所得C@TiO₂球置于正硅酸乙酯和無水乙醇的混合溶液中，加入質量分數為1～3％的氨水，在0～30℃下攪拌20～40分鐘后，所得反應混合物B經后處理得到C@TiO₂@SiO₂球；所述的混合溶液的加入量以C@TiO₂球的質量計為10～40ml/g；所述的氨水的加入量以C@TiO₂球的質量計為10～40ml/g；

(3)將步驟(2)所得C@TiO₂@SiO₂球在600～1200℃下，煅燒4～8 小時后，向所得煅燒產物中加入3％～10％的HF或NaOH的水溶液，在 0～40℃下反應0.5～1.5h，所得反應混合物C經后處理得到“空心TiO₂納米杯”催化劑；所述HF或NaOH的水溶液的加入量以煅燒產物的質量計為20～100ml/g。

進一步，步驟(1)中，所述的C球直徑為100～900nm。

進一步，步驟(1)中，所述的有機鈦鹽為鈦酸四丁酯、四氯化鈦或鈦酸四異丙酯中的一種或多種。

進一步，步驟(1)中，所得反應混合物A的后處理過程為：反應結束后，所得反應混合物A在3000～12000r/min下離心5～15min 得到固體A，所述固體A用去離子水洗滌后，置于60℃～90℃烘箱中干燥6～12h，取出烘干產物A研碎，得到C@TiO₂球。

進一步，步驟(2)中，所述的混合溶液中正硅酸乙酯和無水乙醇的體積比1:1～1:3。