專利名稱：：一種高效自響應(yīng)鈦催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高效自響應(yīng)鈦催化劑及其制備方法。技術(shù)背景半導(dǎo)體二氧化鈦光催化劑在紫外光照射下，生成強(qiáng)氧化劑0ff，OH—和H20分子氧化成OH自由基，而'OH自由基是一種強(qiáng)氧化劑，能氧化水和空氣中大多數(shù)的低濃度有毒有害有機(jī)污染物及部分無(wú)機(jī)污染物，并將其最終降解為C02、H20等無(wú)害物質(zhì)，從而它在自潔凈、殺菌、空氣凈化、工業(yè)廢水處理和自來(lái)水深度處理等環(huán)保領(lǐng)域中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而，光催化技術(shù)要真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，成為改善環(huán)境和提高人們生活質(zhì)量的一項(xiàng)新技術(shù)，在實(shí)際使用很多關(guān)鍵技術(shù)還須進(jìn)一步取得突破。就目前的情況來(lái)說(shuō)，光催化應(yīng)用技術(shù)幾乎都存在催化劑的催化活性和效率還不理想和采用外加紫外光光源獲得能量激發(fā)源，從而導(dǎo)致反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境受限制等技術(shù)難題。查新資料表明，迄今為止，國(guó)內(nèi)外光催化相關(guān)產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中，均需配備相應(yīng)的光源以提供催化劑的能量激發(fā)源，高^(guò)自響應(yīng)鈦催化劑及其相關(guān)技術(shù)尚未見報(bào)道。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高效自響應(yīng)鈦催化劑及其制備方法。它能有效解決光催化劑凈化環(huán)境效率低和使用條件受限的關(guān)鍵技術(shù)難題，推進(jìn)該技術(shù)在綠色環(huán)保領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案一，中高效自響應(yīng)鈦催化劑，它包括二氧化鈦類光催化刑、聚丙烯酸鈉、聚氨酯、純凈水，其特征是還包括結(jié)構(gòu)為UF3—Yb—Tm的紅外一紫外發(fā)光粉，它們的重量比依次為110:1~2:12:70—90:1—8。聚丙烯酸鈉為分散劑，聚氨酯為成膜劑。所述二氧化鈦類光催化劑可選用二氧化鈦、改性二氧化鈦的一種或它們的結(jié)合。高效自響應(yīng)鈦催化劑可制備成塊體、薄膜、槳料或液態(tài)形式備用。上述高效自響應(yīng)鈦催化劑的制備方法為粉體混合分散配制法將二氧化鈦光催化劑、紅外一紫外發(fā)光粉、聚丙烯酸鈉和聚氨酯加到純凈水中，混和以100—200rpm攪拌l一5h，用高速分散機(jī)分散后，分級(jí)過(guò)濾，帶丄得催化劑溶膠產(chǎn)品；或低溫水熱法取偏鈦酸或硫酸氧鈦等為原料，加純凈水，攪拌2h以上至充分混勻，期間加入紅外一紫外發(fā)光粉，得漿料A;以噴霧形式向漿料A中緩慢均勻加入1M氨水溶液，調(diào)pH值為911，之后繼續(xù)攪拌612h，得漿料B;將漿料B用純凈水反復(fù)壓濾，直至SO,基本檢測(cè)不出(以0.5mol/LBaCl2檢驗(yàn))，且其pH值為7—8，最終得沉淀C;將沉淀C稀釋，攪拌lh至充分混勻，并緩慢加入10%HNO30.5~2L，加完后繼續(xù)攪拌6h12h，之后加熱到64土2'C，控溫保持反應(yīng)1030h，放料冷卻，過(guò)濾純化，制得催化劑溶膠產(chǎn)品。將水蒸發(fā)可得固體形態(tài)，使用時(shí)加水還原成液態(tài)。發(fā)明原理如下以靈敏的紅外發(fā)光粉吸收周圍環(huán)境中的微弱熱能(或其它能量轉(zhuǎn)化的熱能，如電能)，儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外線慢慢釋放，紫外發(fā)光粉受到紅外線激發(fā)發(fā)射紫外線，該紫外線激發(fā)光催化劑，使之產(chǎn)生電子躍遷，價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成電子空穴對(duì)，生成強(qiáng)氧化劑OH—，OH—和H20分子氧化成OH自由基，而OH自由基是一種強(qiáng)氧化劑，可將水和空氣中大多數(shù)的低濃度有毒有害有機(jī)污染物最終分解為C02、H20等無(wú)害物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)自響應(yīng)催化反應(yīng)。其基本原理揭示(熱、電或光)能量、紅外線、紫外線、催化與能量轉(zhuǎn)移等內(nèi)在的化學(xué)反應(yīng)全程變化規(guī)律。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果二氧化鈦類光催化劑與其激子一體合成，大大提高了催化活性和催化效率。由于應(yīng)用環(huán)境中的微弱能量很容易獲得，所以催化劑催化氧化自響應(yīng)效果突出。且該催化劑可進(jìn)行任意結(jié)構(gòu)(粉體、薄膜、塊體和其它)設(shè)計(jì)，無(wú)需配備能量源，使用條件不限，應(yīng)用廣泛。具體的實(shí)施方式下列實(shí)例是對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說(shuō)明，不應(yīng)該當(dāng)作對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例1粉體合成法取平均粒徑為9rnn的銳鈦型納米二氧化鈦光催化劑2重量份，紅外_紫外線發(fā)光粉(LaF,—Yb—Tm)1重量份，聚丙烯酸鈉和聚氨酯各1重量份，加入純凈水90重量份，混和以150rpm攪拌3h,用高速分散機(jī)分散后，分級(jí)過(guò)濾，制得高效自響應(yīng)鈦催化劑溶膠。此溶膠在沒有紫外光光源的情況下有較好的催化效果。實(shí)施例2取平均粒徑為9nm的銳鈦型納米二氧化鈦光催化劑5重量份，紅外一紫外線發(fā)光粉(LaF3—Yb—Tm)3重量份，聚丙烯酸鈉和聚氨酯各1重量份，加入純凈水90重量份，混和以150rpm攪拌3h，用高速分散機(jī)分散后，分級(jí)過(guò)濾，制得高效自響應(yīng)鈦催化劑溶膠。此溶膠在沒有紫外光光源的情況下有較好的催化效果。實(shí)施例3取平均粒徑為9nm的銳鈦型納米二氧化鈦光催化劑6重量份，紅外一紫外線發(fā)光粉(LaF:,—Yb—Tm)5重量份，聚丙烯酸鈉和聚氨酯各1重量份，加入純凈水90.，混和以150rpm攪拌3h，用高速分散機(jī)分散后，分級(jí)過(guò)濾，制得高效自響應(yīng)鈦催化劑溶膠。此溶膠在沒有紫外光光源的情況下有較好的催化效果。實(shí)施例4取平均粒徑為9nm的銳鈦型納米二氧化鈦光催化劑5重量份，紅外一紫外線發(fā)光粉(LaF:,一Yb—Tm)2重量份，聚丙烯酸鈉和聚氨酯各1重量份，純凈水90重量份，混和攪拌3h,用高速分散機(jī)分散后，分級(jí)過(guò)濾，制得高效自響應(yīng)鈦催化劑溶膠。此溶膠在沒有紫外光光源的情況下有較好的催化效果。實(shí)施例5低溫水熱法取lKg偏鈦酸(或硫酸氧鈦)，力B20L純凈水，攪拌2h以上至充分混勻，期間加入紅外一紫外線發(fā)光粉20g，得漿料A;以噴霧形式向漿料A中緩慢均勻加入1M的氨水溶液2L，加料時(shí)間控制在20min左右，調(diào)pH值為911，之后繼續(xù)攪拌6~12h,得漿料B;將漿料B用純凈水反復(fù)壓濾，直至SO^基本檢測(cè)不出(以0.5mol/LBaCl2檢驗(yàn))，且其pH值接近中性(7—8左右)，最終得沉淀C;將沉淀C稀釋至20L，攪拌lh至充分混勻，并緩慢加入10%HNO30.5-2L,加料時(shí)間為10min左右，加完后繼續(xù)攪拌6h12h，之后加熱到64士2'C，控溫保持反應(yīng)1030h左右，放料冷卻，過(guò)濾純化，制得高效自響應(yīng)鈦催化劑溶膠。包裝后陰涼處保存。實(shí)施例6選用實(shí)施例5制得的高效自響應(yīng)鈦催化劑溶膠和一般二氧化鈦光催化劑溶膠，進(jìn)行自來(lái)水連續(xù)深度凈化處理，效果對(duì)比見表l所示。結(jié)果可以看出，在其它條件相同的情況下，自響應(yīng)催化劑在無(wú)光源條件下的自來(lái)水凈化效果好于20W365nm紫外光照射下的二氧化鈦光催化劑。'表1本發(fā)明與光催化自來(lái)水凈化效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高效自響應(yīng)鈦催化劑，它包括二氧化鈦類光催化劑、聚丙烯酸鈉、聚氨酯、純凈水，其特征是還包括結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)aF3-Yb-Tm的紅外-紫外發(fā)光粉，它們的重量比依次為1～10∶1～2∶1～2∶70～90∶1-8。2.—種權(quán)利要求1中所述的高效自響應(yīng)鈦催化劑的制備方法，其特征是粉體混合分散配制法將二氧化鈦光催化劑、紅外一紫外線發(fā)光粉、聚丙烯酸鈉和聚氨酯加到純凈水中，混和以100200rpm攪拌l~5h，用高速分散機(jī)分散后，分級(jí)過(guò)濾，制得催化劑溶膠產(chǎn)品；或低溫水熱法取偏鈦酸或硫酸氧鈦等為原料，加純凈水，攪拌2h以上至充分混勻，期間加入紅外一紫外發(fā)光粉，得漿料A;以tf霧形式向漿料A中緩慢均勻加入1M氨水溶液，調(diào)pH值為911，之后繼續(xù)攪拌612h，得槳料B;將漿料B用純凈水反復(fù)壓濾，直至以0.5mol/LBaCl2檢驗(yàn)S0/—基本檢測(cè)不出，且其pH值為78，最終得沉淀C;將沉淀C稀釋，攪拌lh至充分混勻，并緩慢加入10%朋030.52L,加完后繼續(xù)攪拌6h12h，之后加熱到64士2'C，控溫保持反應(yīng)1030h，放料冷卻，過(guò)濾純化，制得催化劑溶膠產(chǎn)品。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高效自響應(yīng)鈦催化劑，其特征是制備成塊體、薄膜、漿料或液態(tài)形式備用。全文摘要本發(fā)明涉及一種高效自響應(yīng)鈦催化劑，它包括二氧化鈦類光催化劑、聚丙烯酸鈉、聚氨酯、純凈水，其特征是還包括結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)aF₃-Yb-Tm的紅外-紫外發(fā)光粉，它們的重量比依次為1～10∶1～2∶1～2∶70-90∶1-8；它的制備方法包括粉體混合分散配制法和低溫水熱法；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是二氧化鈦類光催化劑與其激子一體合成，大大提高了催化活性和催化效率，由于應(yīng)用環(huán)境中的微弱能量很容易獲得，所以催化劑催化氧化自響應(yīng)效果突出。文檔編號(hào)C02F1/30GK101234793SQ200710028100公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2007年5月22日優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日發(fā)明者梅何申請(qǐng)人:梅何