專利名稱：一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光觸媒材料，特別是一種可用于室內(nèi)空氣污染治理的復(fù)合 納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料，同時(shí)本發(fā)明還涉及一種制備該材料的方 法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，大量新型裝飾材料和豪華時(shí)尚的 現(xiàn)代家具等生活用品不斷進(jìn)入室內(nèi)，由此所造成的室內(nèi)環(huán)境污染也日趨嚴(yán) 重。目前室內(nèi)主要污染物甲醛、苯、甲苯等可揮發(fā)性有機(jī)物(voc)嚴(yán)重超
標(biāo)，給人們身體健康帶來(lái)極大傷害。
關(guān)于室內(nèi)污染物的治理，國(guó)內(nèi)外有多種方法，如物理法、化學(xué)法、生 物法、光觸媒技術(shù)等。其中光觸媒技術(shù)采用的是納米級(jí)二氧化鈦(Ti02) 通過(guò)紫外線催化，產(chǎn)生游離電子及空穴，進(jìn)而產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化作用的活 性氧和羥基自由基，進(jìn)而將空氣中的有機(jī)污染物氧化成二氧化碳和水。其 優(yōu)點(diǎn)是消除速度快，效果好，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，基本不產(chǎn)生二次污染，同時(shí)光 觸媒作為催化劑本身不被損耗；缺點(diǎn)是需要紫外光激發(fā)，可見光利用率低， 室內(nèi)光線弱會(huì)影響催化效果。為了突破光催化氧化技術(shù)的瓶頸，有兩條技 術(shù)途徑 一是對(duì)Ti02進(jìn)行改性，在保持Ti02本身所具有的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上， 使其光催化效應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)紅移至可見光波段；二是研制對(duì)可見光響應(yīng)的 新型光催化劑。
目前，對(duì)于納米二氧化鈦的合成方法報(bào)道層出不窮，無(wú)論是采用氣合成方法還是采用液相合成方法，眾多研究者都致力于制備高分散，顆粒
小，結(jié)晶度好的納米二氧化鈦粒子。二氧化鈦負(fù)載Keggin結(jié)構(gòu)的飽和磷鎢 酸、硅鎢酸光催化劑被合成以來(lái)，對(duì)其研究與應(yīng)用還不夠廣泛，己知的研 究主要集中在對(duì)染料的降解方面，而在室內(nèi)空氣污染治理方面應(yīng)用較多的 還只是二氧化鈦光觸媒材料。多酸化合物的種類繁多，對(duì)其應(yīng)用性質(zhì)的研 究卻相對(duì)較少，將不同的雜多酸制備成二氧化鈦復(fù)合膜，對(duì)有機(jī)物，及有 機(jī)污染氣體的降解具有一定的應(yīng)用價(jià)值。多酸作為光催化劑，并得到廣泛 的研究，是由它自身的優(yōu)點(diǎn)所決定的多金屬氧簇配合物的分子可看作量 子級(jí)的半導(dǎo)體物質(zhì)；強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性和高光化學(xué)活性；毒性低，不污染環(huán) 境；活性高，反應(yīng)條件溫和，不腐蝕設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材 料及制備該材料的方法，以提高傳統(tǒng)二氧化鈦光觸媒材料的光催化性能。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要采用技術(shù)方案如下
一種復(fù)合納米磷鎢酸二氧化鈦光催化材料，包括二氧化鈦溶膠、磷鎢 酸以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚的質(zhì) 量比為20: 3: 50。
所述二氧化鈦溶膠的濃度為1%。
另外本發(fā)明還提供一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方 法，其中具體包括步驟
B、 取質(zhì)量比為20: 3: 50的二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚混
合均勻得到復(fù)合溶膠；
C、 將上述復(fù)合溶膠保持在30(TC溫度加熱30分鐘，得到干凝膠；D、將上述干凝膠通過(guò)機(jī)械球磨兩個(gè)小時(shí)得到磷鎢酸-二氧化鈦復(fù)合光 觸媒材料。
所述二氧化鈦溶膠的濃度為1%。
步驟B之前還包括步驟
A、制備二氧化鈦溶膠。
步驟A具體包括
al、將無(wú)機(jī)鈦鹽通過(guò)水解得到鈦酸溶液；
a2、將上述鈦酸溶液通過(guò)微波沉淀出二氧化鈦顆粒，并進(jìn)行沉淀水洗； a3、向經(jīng)過(guò)沉淀水洗后的溶液中加入添加劑和催化劑，經(jīng)分步的溫度
處理，冷卻后，加入沉淀劑，沉淀出非鈦類無(wú)機(jī)雜物，得到純水性氧化鈦溶膠。
步驟B具體包括將磷鎢酸溶解在丙二醇甲醚中，然后緩慢加入到二 氧化鈦溶膠中，同時(shí)在6(TC下加熱攪拌6個(gè)小時(shí)，直到形成磷鎢酸與二氧 化鈦復(fù)合溶膠。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果-
1、 本發(fā)明中磷鎢酸以W-O-P分子鍵形式結(jié)合成穩(wěn)定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu) 降低了鈦的氧化還原電位，使二氧化鈦復(fù)合膜光吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移，提高 鈦的可見光利用率，而且在后續(xù)光催化材料加熱處理后，磷鎢酸的keggin 結(jié)構(gòu)不受影響，仍然維持高的催化活性。
2、 本發(fā)明中磷鎢酸與Ti02網(wǎng)絡(luò)之間存在一定的化學(xué)作用，使多酸分子 被牢固地束縛在Ti02網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部，從而使本發(fā)明所述材料具有極高的表面 積和耐水性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心思想是取質(zhì)量比為20: 3: 50的二氧化鈦溶膠、磷鎢
酸以及丙二醇甲醚混合均勻制得復(fù)合溶膠；并將該復(fù)合溶膠保持在300'C溫 度加熱30分鐘，得到干凝膠；然后通過(guò)機(jī)械球磨制得磷鎢酸-二氧化鈦光復(fù)
合光觸媒材料。
由于本發(fā)明中磷鉤酸以W-O-P分子鍵形式結(jié)合成穩(wěn)定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)
構(gòu)降低了鈦的氧化還原電位，使二氧化鈦復(fù)合膜光吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移，提
高鈦的可見光利用率，而且在后續(xù)光催化材料加熱處理后，磷鎢酸的keggin 結(jié)構(gòu)不受影響，仍然維持高的催化活性。
為闡述本發(fā)明的思想及目的，下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一 步的說(shuō)明。
本發(fā)明提供一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料，包括二氧化鈦 溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二 醇甲醚的質(zhì)量比為20: 3: 50，其中這里二氧化鈦溶膠的濃度為1%。
另外本發(fā)明還提供一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方
法，其中具體包括步驟
A、 預(yù)先制取濃度為1%的二氧化鈦溶膠；
其中具體過(guò)程包括
al、將無(wú)機(jī)鈦鹽通過(guò)水解得到鈦酸溶液；
a2、將上述鈦酸溶液通過(guò)微波沉淀出二氧化鈦顆粒，并進(jìn)行沉淀水洗;
a3、向經(jīng)過(guò)沉淀水洗后的溶液中加入添加劑和催化劑，經(jīng)分步的溫度 處理，冷卻后，加入沉淀劑，沉淀出非鈦類無(wú)機(jī)雜物，得到純水性氧化鈦 溶膠。
B、 取質(zhì)量比為20: 3: 50的二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚混合均勻得到復(fù)合溶膠；
其中首先將磷鎢酸溶解在丙二醇甲醚中，然后緩慢加入到二氧化鈦溶 膠中，同時(shí)在6(TC下加熱攪拌6個(gè)小時(shí)，直到形成磷鴇酸與二氧化鈦復(fù)合 溶膠。
C、 將上述復(fù)合溶膠保持在30(TC溫度加熱30分鐘，得到干凝膠；
D、 將上述干凝膠通過(guò)機(jī)械球磨兩個(gè)小時(shí)得到磷鎢酸二氧化鈦光復(fù)合光 觸媒材料。
下面將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
優(yōu)選實(shí)施例一，首先將無(wú)機(jī)鈦鹽按摩爾比計(jì)算出二氧化鈦的質(zhì)量，然 后稱取2克的無(wú)機(jī)二氧化鈦溶膠(1%)， 0.3克磷鴇酸，5克丙二醇甲醚通 過(guò)步驟A制得復(fù)合溶膠，然后采用噴涂法將復(fù)合溶膠在玻璃基板上形成膜， 并將上述涂層在300。C溫度處理30分鐘，得到光催化涂層。
對(duì)上述形成的光催化涂層進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)在一個(gè)密閉房間(2X1.5X 1.5m)中，通過(guò)甲醛發(fā)生器產(chǎn)生甲醛，利用風(fēng)扇加速空氣流動(dòng)，同時(shí)采用4 個(gè)200W紫外燈對(duì)涂層面積為lmX lm的光催化涂層進(jìn)行激發(fā)24小時(shí)，之 后甲醛降解率為63%。
優(yōu)選實(shí)施例二，首先將無(wú)機(jī)鈦鹽按摩爾比計(jì)算出二氧化鈦的質(zhì)量，稱 取4克的無(wú)機(jī)二氧化鈦溶膠(1%)， 0.6克磷鎢酸，IO克丙二醇甲醚混合得 到復(fù)合溶膠，將混合溶膠在30(TC溫度處理30分鐘，得到具有光催化性能 的干凝膠，將干凝膠通過(guò)機(jī)械球磨兩個(gè)小時(shí)得到納米級(jí)磷鴇酸-二氧化鈦復(fù) 合光觸媒材料。
對(duì)上述形成的光觸媒材料進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)在一個(gè)密閉房間(2X1.5X 1.5m)中，通過(guò)甲醛發(fā)生器產(chǎn)生甲醛，利用風(fēng)扇加速空氣流動(dòng)，同時(shí)采用4個(gè)200W紫外燈，然后對(duì)一平方米玻璃上噴涂所需要的復(fù)合溶膠的量進(jìn)行 光照24小時(shí)，甲醛降解率為59%。
通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料可以 大大提高傳統(tǒng)二氧化鈦光觸媒材料的光催化性能。
以上是對(duì)本發(fā)明所提供的一種復(fù)合納米-磷鎢酸二氧化鈦光催化材料及 制備方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文中應(yīng)用了具體數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)明中各成分及其 比例進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思 想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施 方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為 對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料，其特征在于包括二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚的質(zhì)量比為20350。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料，其特征在于所述二氧化鈦溶膠的濃度為1%。
3、 一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方法，其特征在于包括步驟B、 取質(zhì)量比為20: 3: 50的二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚混合均勻得到復(fù)合溶膠；C、 將上述復(fù)合溶膠保持在30(TC溫度加熱30分鐘，得到干凝膠；D、 將上述干凝膠通過(guò)機(jī)械球磨兩個(gè)小時(shí)得到磷鎢酸-二氧化鈦復(fù)合光觸媒材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方法，其特征在于所述二氧化鈦溶膠的濃度為1%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方法，其特征在于步驟B之前還包括步驟A、制備二氧化鈦溶膠。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方法，其特征在于步驟A具體包括al、將無(wú)機(jī)鈦鹽通過(guò)水解得到鈦酸溶液；a2、將上述鈦酸溶液通過(guò)微波沉淀出二氧化鈦顆粒，并進(jìn)行沉淀水洗；a3、向經(jīng)過(guò)沉淀水洗后的溶液中加入添加劑和催化劑，經(jīng)分步的溫度處理，冷卻后，加入沉淀劑，沉淀出非鈦類無(wú)機(jī)雜物，得到純水性氧化鈦溶膠。
7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料的制備方法，其特征在于步驟B具體包括將磷鎢酸溶解在丙二醇甲醚中，然后緩慢加入到二氧化鈦溶膠中，同時(shí)在6(TC下加熱攪拌6個(gè)小時(shí)，直到形成磷鎢酸與二氧化鈦復(fù)合溶膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合納米磷鎢酸-二氧化鈦光催化材料及制備方法，該方法包括首先取質(zhì)量比為20∶3∶50的二氧化鈦溶膠、磷鎢酸以及丙二醇甲醚混合均勻得到復(fù)合溶膠；然后將上述復(fù)合溶膠保持在300℃溫度加熱30分鐘，得到干凝膠；最后將上述干凝膠通過(guò)機(jī)械球磨兩個(gè)小時(shí)得到磷鎢酸-二氧化鈦光復(fù)合光觸媒材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中磷鎢酸以W-O-P分子鍵形式結(jié)合成穩(wěn)定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低了鈦的氧化還原電位，使二氧化鈦復(fù)合膜光吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移，提高鈦的可見光利用率，而且在后續(xù)光催化材料加熱處理后，磷鎢酸的keggin結(jié)構(gòu)不受影響，仍然維持高的催化活性。
文檔編號(hào)B01J27/188GK101518731SQ20091010648
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者文秋紅, 欣 王, 王韶鋒 申請(qǐng)人:宇星科技發(fā)展(深圳)有限公司