專(zhuān)利名稱(chēng)：TiO₂-粉煤灰光催化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前對(duì)半導(dǎo)體光催化材料有兩種形態(tài)，顆粒狀光催化材料和固定在載體上 的光催化膜。但是光催化膜的比表面積小，沒(méi)有顆粒狀光催化材料的比表面積 大，所以光催化膜的光催化效率沒(méi)有顆粒狀光催化材料的光催化效率高。而顆
粒狀光催化材料的粒徑太小(顆粒狀光催化材料平均粒徑為0.258pm)，難于 從反應(yīng)混合物中分離回收出來(lái)，造成顆粒狀光催化材料的流失率大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了解決光催化膜的比表面積小導(dǎo)致催化 效率低的問(wèn)題和顆粒狀光催化材料的粒徑太小導(dǎo)致難于分離回收的問(wèn)題，提供 了一種Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法。
本發(fā)明Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法如下 一、按照1 : 4的摩爾比 將鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯攪拌25 35min，即得到 Ti02溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1 5: 1的質(zhì)量比混 合，然后在溫度為130 17(TC的條件下烘干0.5 1.5h，再在溫度為380 620°C 的條件下加熱lh，即得Ti02-粉煤灰光催化材料；其中步驟一中乙酰乙酸乙酯 加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量的2% 5%。
采用本發(fā)明方法得到的Ti02-粉煤灰光催化材料表面由顆粒和顆粒團(tuán)聚體 構(gòu)成，并且具有一些尺度的孔洞，這種結(jié)構(gòu)增加了表面積，有利于光催化作用， 并且有利于回收，本發(fā)明方法得到的Ti02-粉煤灰光催化材料降解TOC的降解 率達(dá)到35%以上。


圖1是具體實(shí)施方式
二中的降解效率對(duì)比圖。圖2是具體實(shí)施方式
十四所 得的Ti02-粉煤灰光催化材料表面形貌圖。圖3是具體實(shí)施方式
十四中所得的 Ti02-粉煤灰光催化材料的XRD圖譜，圖中x代表Ti02， o代表Fe203。圖4 是具體實(shí)施方式
十四中所得的Ti02-粉煤灰光催化材料能譜分析圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方 式間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式中Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法如下
一、按照1 : 4的摩爾比將鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯 攪拌25 35min，即得到Ti02溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液 按照1 5: 1的質(zhì)量比混合，然后在溫度為130 17(TC的條件下烘干0.5 1.5h， 再在溫度為380 62(TC的條件下加熱lh，即得Ti02-粉煤灰光催化材料；其中 歩驟一中乙酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量 的20/0 5%。
本實(shí)施方式中的粉煤灰來(lái)源于哈爾濱呼蘭發(fā)電廠，粉煤灰的粒徑為0.5 300(im。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是Ti02-粉煤灰光 催化材料的制備方法如下 一、按照1 : 4的摩爾比將鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙 醇中，再加入乙酰乙酸乙酯攪拌28min，即得到Ti02溶膠-凝膠液；二、將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1 5: 1的質(zhì)量比混合，然后在溫度為15(TC的條 件下烘干lh，再在溫度為49(TC的條件下加熱lh，即得Ti02-粉煤灰光催化材 料；其中步驟一中乙酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙 酯總質(zhì)量的3.5%。
將本實(shí)施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料與Ti02光催化膜分別檢測(cè)哈 爾濱自來(lái)水廠過(guò)濾之后的水，然后在哈爾濱市水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心做TOC(總有機(jī)碳 含量)分析。降解效率對(duì)比圖如圖1所示。由圖1看出Ti02光催化劑降解TOC 的降解率為20%，而本實(shí)施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料降解TOC的降 解率可達(dá)35%以上。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中攪拌時(shí) 間為27 33min。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中攪拌時(shí) 間為28 32min。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中攪拌時(shí) 間為29 31min。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中攪拌時(shí)
間為26 34min。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.8~4: 1的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.5~3.5: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.6 3.4: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
十:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與TK)2溶膠-凝膠液按照1.7~3.3: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
十一:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照L8 3.2: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.9 3.1: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉煤灰 與Ti02溶膠-凝膠液按照3: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照2: 1的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
將本實(shí)施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料在真空度為1(T3 1(T5條件 下鍍金處理5min，然后將金屬薄膜作為襯底材料的Ti02-粉煤灰光催化材料， 用S4700型號(hào)日立公司掃描電鏡分析儀器，在放大倍數(shù)為800倍的條件下進(jìn)行 表面形貌觀測(cè)，由表面形貌圖(圖2)可以觀察到Ti02-粉煤灰光催化材料表 面由顆粒和顆粒團(tuán)聚體構(gòu)成，并且具有一些尺度的孔洞，這種結(jié)構(gòu)增加了表面積，有利于光催化作用。
將本實(shí)施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料采用日本理學(xué)電機(jī)D/max-ni B型X射線衍射儀上進(jìn)行物相分析(其中工藝參數(shù)如下加速電壓為40KV，采 用CuKa靶輻射，以50/min的速度掃描，2 9收集范圍為1(T 65° 。)，圖3是1102-粉煤灰光催化材料的XRD圖譜，將圖3與標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射數(shù)據(jù)比較，確認(rèn)所得 Ti02-粉煤灰光催化材料中的Ti02為銳鈦礦型，它具有光催化活性，TiCV粉煤 灰光催化材料XRD曲線上的特征峰是Ti02峰。根據(jù)謝勒公式
d =-
估算出TiO2-粉煤灰光催化材料的粒徑大小為15.08nm。 25.56° 、 38.12° 、 48.30分別對(duì)應(yīng)(101)、 (004)、 (200)晶面的衍射峰。由圖3看出1102-粉煤灰光催 化材料中Ti02的衍射峰值相對(duì)于純相Ti02的峰值有所減弱，Ti02的衍射峰都向 低角度方向移動(dòng)，并且峰強(qiáng)降低，同時(shí)只在大角度處發(fā)現(xiàn)了Fe203的特征峰。 這是因?yàn)榉勖夯抑械腇^+取代了部分T產(chǎn)進(jìn)入到Ti02中，并且粉煤灰中的F^ 比純Ti02的衍射峰寬，F(xiàn) 取代了部分Ti"進(jìn)入到Ti02中，會(huì)阻礙1102的晶粒的 生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致晶粒尺寸的減少，在大角度處發(fā)現(xiàn)了Fe203的特征峰是因?yàn)?Fe203量較少，小角度處被含量較大的Ti02掩蓋的結(jié)果。
由本實(shí)施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料能譜分析圖(圖4)可知Ti02-粉煤灰光催化材料的主要成分是Fe、 Si、 O，它們的原子含量分別為21.87%， 29.83%， 17.79%，有少量的Al、 K、 Cu等元素，這些微量元素的滲入相當(dāng)于 在Ti02中引入一些雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)的引入將會(huì)引起Ti02晶格的變化，從而 提高Ti()2的光催化活性。
具體實(shí)施方式
十五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照2.5: l的質(zhì)量比混合。其它與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
十六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、七、八、十三或十四 不同的是步驟二中烘干溫度為140 160°C。其它與具體實(shí)施方式
一、七、八、 十三或十四相同。
具體實(shí)施方式
十七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中烘干 溫度為145 155°C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、七、八、十三或十四 不同的是步驟二中烘干溫度為150°C。其它與具體實(shí)施方式
一、七、八、十三 或十四相同。
具體實(shí)施方式
十九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中烘干 時(shí)間為0.6 1.4h。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中烘干 時(shí)間為0.7 1.3h。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十一:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中烘 千時(shí)間為0.8 1.2h。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中烘 干時(shí)間為0.9~l.lh。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中烘 干時(shí)間為lh。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、七、八、十三或十 四不同的是步驟二中的加熱溫度為400 60(TC。其它與具體實(shí)施方式
一、七、 八、十三或十四相同。
具體實(shí)施方式
二十五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為410 58(TC。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為420 57(TC。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為430~560°C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為440 550°C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為450 540°C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的加 熱溫度為460 53(TC。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十一:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是歩驟二中的 加熱溫度為470 520。C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中的
加熱溫度為480 51(TC。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、七、八、十三或十 四不同的是步驟二中的加熱溫度為50(TC。其它與具體實(shí)施方式
一、七、八、 十三或十四相同。
具體實(shí)施方式
三十四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量的 2.5% 4.5%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量的 2.8% 4.2%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量的3% 4%。 其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量的3.5%。 其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三十八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、七、八、十三或十 四不同的是步驟一中攪拌時(shí)間為30min。其它與具體實(shí)施方式
一、七、八、十 三或十四相同。
權(quán)利要求
1、TiO2-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在于TiO2-粉煤灰光催化材料的制備方法如下一、按照1∶4的摩爾比將鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯攪拌25～35min，即得到TiO2溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與TiO2溶膠-凝膠液按照1～5∶1的質(zhì)量比混合，然后在溫度為130～170℃的條件下烘干0.5～1.5h，再在溫度為380～620℃的條件下加熱1h，即得TiO2-粉煤灰光催化材料；其中步驟一中乙酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質(zhì)量的2％～5％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征 在于步驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.8 4: 1的質(zhì)量比混合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在 于步驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.5 3.5: 1的質(zhì)量比混合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在 于歩驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照2: 1的質(zhì)量比混合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在 于步驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照3: 1的質(zhì)量比混合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于步驟二中烘干溫度為140 160°C。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于歩驟二中烘干溫度為15(TC。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于步驟二中加熱溫度為400~600°C。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于步驟二中加熱溫度為50(TC。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制 備方法，其特征在于步驟一中攪拌時(shí)間為30min。
全文摘要
TiO₂-粉煤灰光催化材料的制備方法，它涉及一種光催化材料的制備方法。本發(fā)明解決了光催化膜的比表面積小導(dǎo)致催化效率低的問(wèn)題和顆粒狀光催化材料的粒徑太小導(dǎo)致難于分離回收的問(wèn)題。本發(fā)明方法如下一、將鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯后攪拌，即得到TiO₂溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與TiO₂溶膠-凝膠液混合，然后烘干、加熱，即得TiO₂-粉煤灰光催化材料。采用本發(fā)明方法得到的TiO₂-粉煤灰光催化材料表面由顆粒和顆粒團(tuán)聚體構(gòu)成，有一些尺度的孔洞，增加了表面積，有利于光催化作用，有利于回收，降解TOC的降解率達(dá)到35％以上。
文檔編號(hào)B01J21/00GK101543773SQ20091007197
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者鞠春華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)