專(zhuān)利名稱(chēng)：負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法。
(二)
背景技術(shù)：
Ti02光催化劑在水的純化、空氣凈化、消毒抗菌以及污水處理等領(lǐng)域中有著廣泛的研究和應(yīng)用。Ti02是一種N型半導(dǎo)體型材料，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐光腐蝕，具有較大的禁帶寬度、氧化還原電位高、光催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力大、光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，可使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在被光輻射的Ti02表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之Ti02價(jià)廉、易得、無(wú)毒無(wú)害、成本低，故TiO,的光催化研究十分活躍。納米Ti02是目前研究和應(yīng)用最廣泛的光催化劑。然而，納米Ti02光催化劑存在著易凝聚、難以回收、活性成分損失大等缺點(diǎn)，不利于催化劑的回收和再利用。另外，由于水中待處理的污染物濃度非常小，一般都為mg/L或更低，光催化降解時(shí)污染物與Ti02的接觸頻率低，致使反應(yīng)速率較慢?；钚蕴控?fù)載型納米Ti02光催化劑則可以在一定程度上解決以上問(wèn)題。
活性炭載體具有較強(qiáng)的吸附性，能將有機(jī)物富集在催化劑表面，可為T(mén)i02提供高濃度的有機(jī)物環(huán)境而加快污染物光催化降解速率。同時(shí)，通過(guò)擴(kuò)
散作用，被咴附的有機(jī)物向Ti02表面遷移，Ti02降解活fe炭表面的有機(jī)物又使載體實(shí)現(xiàn)了原位再生，這種協(xié)同相互作用進(jìn)一步提高Ti02的光催化活性。
目前，制備負(fù)載型納米Ti02光催化劑的技術(shù)非常多，主要有粉體燒結(jié)法、溶膠一凝膠法、離子交換法、偶聯(lián)法、水解沉淀法、化學(xué)氣相沉積法
4等。
如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1695797公開(kāi)了一種活性炭負(fù)載二氧化鈦光催化劑 的制備方法，該方法采用的是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法，包括將活性炭 載體進(jìn)行硝酸處理，通過(guò)惰性氣體將加熱的鈦前驅(qū)物載到盛有活性炭的石 英反應(yīng)器中，將TiO,2沉積到活性炭表面，再在惰性氣體保護(hù)下舉燒。本發(fā) 明省略了傳統(tǒng)的Ti02催化劑制備方法中飽和、干燥、老化、還原等步驟， 制備工藝簡(jiǎn)單，成本低、易于工業(yè)化。所制備的催化劑粒徑小，而且Ti02 主要沉積在活性炭的外表面，催化活性高，可重復(fù)使用，特別適合于有機(jī) 污染物的光催化降解。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101244383公開(kāi)了一種用于制備活性炭負(fù)載二氧化鈦 光催化劑的方法。具體步驟為對(duì)活性炭進(jìn)行預(yù)處理，洗滌，烘干；在冰 水浴條件下，將偏鈦酸與氨水按1: 2的摩爾比加入到30%的20-40ml雙氧 水中，攪拌50-70分鐘，得到黃綠色溶膠；將處理后的活性炭加入到黃綠 色溶膠中，攪拌3-5小時(shí)后，靜置12-24小時(shí)后將活性炭濾出，在惰性氣 體保護(hù)下煅燒，即得到所需產(chǎn)品；處理后的活性炭與偏鈦酸的質(zhì)量比為1 : l-3: 1。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)，制備條件溫和，操作簡(jiǎn)便，得到負(fù) 載型光催化劑為顆粒狀，降解有機(jī)污染物效果好，易于分離、再生和延長(zhǎng) 使用壽命。本發(fā)明不使用有機(jī)溶劑，在制備過(guò)程中不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的 副產(chǎn)物，即整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程幾乎無(wú)污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是一種環(huán) 保型綜合工藝。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1702202公開(kāi)了一種含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖 維及其制備方法和用途。該活性炭纖維是由活性炭纖維材料負(fù)載上納米二 氧化鈦微粒而成，其中納米二氧化鈦微粒占總質(zhì)量的5 25%。本發(fā)明采用 溶膠-凝膠法，先將Ti02的前驅(qū)體有機(jī)鈦化合物經(jīng)水解生成Ti02溶膠，并沉積于活性炭纖維上，溶膠經(jīng)干燥成為凝膠，再經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為納米TiOz微 粒復(fù)合在活性炭纖維的表面，制得含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖維。它 既保持了活性炭纖維的多孔性，又增強(qiáng)了二氧化鈦微粒光催化活性，可用 于低濃度揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除，尤其適用于小空間中揮發(fā)性有機(jī)污染
物的吸附和分解。其對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的吸附容量可達(dá)500mg/g，對(duì)低濃 度揮發(fā)性有機(jī)污染物的光催化分解率可達(dá)到36%。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、催化效果 好、催化效果穩(wěn)定的負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法。
一種負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，包括下述順序步驟
(1) 配制顆?；钚蕴吭谒械姆稚⑷芤?，活性炭與水的重量比為1: 1 3;
(2) 將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3 4h， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 1 3;
(3) 過(guò)濾，不溶物干燥后在800 100(TC焙燒2 4h，即得到負(fù)載型納米 二氧化鈦催化劑；
(4) 將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1 2h，負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的 重量比為1: 1 3;過(guò)濾，濾餅干燥后在800 1000。C焙燒2 4h;重復(fù)本 步驟3 10次即得到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。
進(jìn)一步，所述的負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法包括下述順序
步驟
(1) 配制顆?；钚蕴吭谒械姆稚⑷芤海钚蕴颗c水的重量比為l: 2;
(2) 將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3 4h，二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2;
(3) 過(guò)濾，不溶物干燥后在800 — 100(TC焙燒3h，即得到負(fù)載型納米二氧 化鈦催化劑；
(4) 將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1 2h，負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的 重量比為1: 2;過(guò)濾，濾餅干燥后在800 100(TC焙燒3h;重復(fù)本步驟3 次即得到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。
在活性炭分子中石墨晶格的排列中，摻雜有羥基和羧基， 一旦稀有金 屬離子進(jìn)入后，在石墨晶格層與層之間或每層的邊沿通過(guò)羥基和羧基進(jìn)行 化學(xué)反應(yīng)，從而激活了活性炭的催化活性。
在催化氧化反應(yīng)中，那些僅通過(guò)吸附作用附著在活性炭表面化稀有金
屬離子很容易溶出。本發(fā)明的催化劑經(jīng)過(guò)焙燒后，活性炭的強(qiáng)還原作用使
得稀有金屬離子以氧化物和單質(zhì)形式鑲嵌到活性炭?jī)?nèi)空的表面上，因二氧
化鈦與活性炭形成了有機(jī)統(tǒng)一體，在常溫常壓反應(yīng)時(shí)不足以破壞經(jīng)高溫焙
燒而負(fù)載在活性炭的稀有金屬一活性炭結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)過(guò)程中真正分散在活
性炭?jī)?nèi)空表面上的ft化活性物質(zhì)不會(huì)輕易溶出，從而使得稀有金屬一活性
炭催化劑具有較高的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，得到的負(fù)載型納米二氧化鈦催
化劑催化效果好使用時(shí)間長(zhǎng)；催化效果穩(wěn)定。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步地詳細(xì)描述，但本 發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
實(shí)施例1 負(fù)載型二氧化鈦催化劑的制備(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為l: 2;
(2) 將納米二氧化鈦(德國(guó)Degussa公司產(chǎn)P-25型)加入到步驟(1)的 分散溶液中，常溫下浸泡3.5h， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2;
(3) 過(guò)濾，不溶物干燥后在90(TC焙燒3h，即得到負(fù)載型納米二氧化鈦催
化劑； ，
(4) 將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1. 5h，負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的
重量比為1: 2;過(guò)濾，濾餅干燥后在90(TC焙燒3h;重復(fù)本步驟3次即得
到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。
實(shí)施例2 負(fù)載型二氧化鈦催化劑的制備
(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為l: 2.5;
(2) 將納米二氧化鈦(德國(guó)Degussa公司產(chǎn)P-25型)加入到步驟(1)的 分散溶液中，常溫下浸泡3.5h， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2.5;
(3) 過(guò)濾，不溶物干燥后在95(TC焙燒4h，即得到負(fù)載型納米二氧化鈦催 化劑；
(4) 將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1. 5h，負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的
重量比為1: 2;過(guò)濾，濾餅干燥后在900'C焙燒3h;重復(fù)本步驟4次即得
到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。 實(shí)施例3 產(chǎn)品物化性能測(cè)試
將實(shí)施例1所得負(fù)載型二氧化鈦催化劑進(jìn)行下述測(cè)試 1.負(fù)載型二氧化鈦催化劑的光催化活性測(cè)試采用淺池構(gòu)型光催化反應(yīng)系統(tǒng)，在太陽(yáng)光作用下，以甲基橙溶液的脫
色速率評(píng)價(jià)催化劑的光催化活性。實(shí)驗(yàn)條件為實(shí)驗(yàn)選用初始濃度為10ppm 的甲基橙溶液1000ml;太陽(yáng)光平均光照強(qiáng)度13. 57W/m2 ;負(fù)載型催化劑用 量120克；溶液流速280-300ml/min; 5小時(shí)后甲基橙溶液色度去除可達(dá) 50%以上。
2. 負(fù)載型二氧化鈦催化劑的穩(wěn)定性
將制備好的催化劑經(jīng)蒸餾水浸泡72小時(shí)后，用紫外分光光度計(jì)在380nm 處檢測(cè)溶液中二氧化鈦含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，二氧化鈦溶出為總投加量的 1.484%。用不同的酸堿溶液(pH變化范圍從2到ll)分別浸泡負(fù)載型二氧化 鈦催化劑72小時(shí)后，二氧化鈦溶出為總投加量的1-2. 5%.使用過(guò)的負(fù)載型 二氧化鈦催化劑經(jīng)蒸餾水沖洗21天(約500小時(shí))后，再次測(cè)定其對(duì)甲基 橙溶液的脫色速率，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)活性改變。負(fù)載型二氧化鈦催化劑在間歇操 作實(shí)驗(yàn)中重復(fù)使用10次，每次5小時(shí)，合計(jì)30小時(shí)后，并未發(fā)現(xiàn)其活性 有所改變。
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，用此方法制備的負(fù)載型二氧化鈦催化劑具有很 好的穩(wěn)定性。
3. 表面物化性能表征
所得產(chǎn)品分別用XRD， SEM對(duì)其進(jìn)行表征，可以看出，Ti02粒子比較均 勻的分布在活性炭表面，粒子成球型，有輕微團(tuán)聚。
權(quán)利要求
1、一種負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，其特征在于包括下述順序步驟(1)配制顆?；钚蕴吭谒械姆稚⑷芤?，活性炭與水的重量比為1∶1～3；(2)將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3～4h，二氧化鈦與活性炭的重量比為1∶1～3；(3)過(guò)濾，濾餅干燥后在800～1000℃焙燒2～4h，得到負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑；(4)將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中1～2h，負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的重量比為1∶1～3；過(guò)濾，濾餅干燥后在800～1000℃焙燒2～4h；重復(fù)本步驟3～10次即得到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，其特征在于包括下述順序步驟(1) 配制顆?；钚蕴吭谒械姆稚⑷芤?，活性炭與水的重量比為l: 2;(2) 將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3 4h'， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2; '(3) 過(guò)濾，不溶物干燥后在800 — 100(TC焙燒3h，即得到負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑；(4) 將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中1 2h，負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的重量比為1: 2;過(guò)濾，濾餅干燥后在800 1000'C焙燒3h;重復(fù)本步驟3次即得到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，包括下述順序步驟(1)配制顆粒活性炭在水中的分散溶液；(2)將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡；(3)過(guò)濾，不溶物干燥后焙燒，即得到負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑；(4)將負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中；過(guò)濾，濾餅干燥后焙燒；重復(fù)本步驟3～10次即得到最終負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，得到的負(fù)載型納米二氧化鈦催化劑催化效果好使用時(shí)間長(zhǎng)、催化效果穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B01J37/00GK101670282SQ20091015337
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者陳杭飛 申請(qǐng)人:浙江博華環(huán)境技術(shù)工程有限公司