專利名稱：一種易回收納米復(fù)合催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種易回收納米復(fù)合催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
生活中的水體污染、空氣污染等時(shí)刻都在威脅人們的健康，水體中的有害有機(jī)物， 家具和涂料中釋放的醛類、酚類、醇類等有害物質(zhì)對(duì)人們健康的傷害受到高度重視。如何減少污染，保護(hù)環(huán)境成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題，具有降解有害有機(jī)物的光催化劑的制備成為粉體科研的熱點(diǎn)之一。二氧化鈦納米粉體以其出色的生物相容性，安全無毒和突出的光催化性能而受到眾多關(guān)注。但是不足之處在于二氧化鈦納米粉體的粒徑太小，所以易造成團(tuán)聚而影響其性能發(fā)揮，同時(shí)，二氧化鈦納米粉體的有效回收極為困難。所以，為了解決上述問題，人們開始嘗試將二氧化鈦納米粉體負(fù)載于一些特定載體之上，制備出了一系列二氧化鈦基復(fù)合催化劑。其中，羥基磷灰石由于其具有生物相容性好、無毒，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和機(jī)械性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到了科研工作者越來越多的關(guān)注。目前，關(guān)于羥基磷灰石/ 二氧化鈦復(fù)合材料的報(bào)道已有很多，如韓建業(yè)等采用溶膠-凝膠法制備羥基磷灰石/ 二氧化鈦復(fù)合涂層材料(中國專利200810151058. 0)，胡茂從等采用離子交換法制備羥基磷灰石/ 二氧化鈦光催化劑(催化學(xué)報(bào)，2006,27(1 :1144-1148)， 楊曉慶等制備醫(yī)用羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合材料(中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2003，13 (5) 26-28)，付濤等采用水熱法制備羥基磷灰石/ 二氧化鈦復(fù)合材料(硅酸鹽學(xué)報(bào)，2003， 31(1) :95-98)等。這些方法制備出的羥基磷灰石/ 二氧化鈦復(fù)合材料，雖然可以部分的解決直接使用二氧化鈦納米粉體所帶來的問題，但是普遍存在著工藝復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格高， 催化效果不理想等諸多問題，難以在工業(yè)上得到大規(guī)模應(yīng)用，而且回收困難，不符合綠色化學(xué)和低碳社會(huì)要求。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有二氧化鈦及其復(fù)合產(chǎn)物制備和使用中的不足，創(chuàng)造性的提出了一種新型納米復(fù)合催化劑的制備方法。該方法著眼于提高二氧化鈦納米粉體的催化性能和使用效率，同時(shí)大幅度提高納米復(fù)合催化劑的回收率。由于本方法所制備的羥基磷灰石的獨(dú)特的大比表面積納米球鏈結(jié)構(gòu)，可以使得二氧化鈦納米粉體更易吸附于其表面上，有效解決了由于二氧化鈦粒徑太小而引起的團(tuán)聚，提高了二氧化鈦的催化性能。同時(shí)本方法所制備的羥基磷灰石納米組裝球鏈長度約20 40 μ m,直徑約為1 4 μ m，相較于粒徑為納米級(jí)的純二氧化鈦催化劑或其復(fù)合催化劑更加容易回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新型的復(fù)合納米催化劑的制備方法，獲得催化性能優(yōu)越，便于回收利用的一種新型復(fù)合納米催化劑，解決現(xiàn)有純二氧化鈦或者負(fù)載二氧化鈦的催化劑催化效果不理想且難于回收的問題，同時(shí)有效的降低單位體積催化對(duì)象中二氧化鈦的使用量，提高催化劑的使用效率，降低催化劑的使用成本。本發(fā)明提出一種易回收納米復(fù)合催化劑的制備方法，其具體步驟為1)將加有模板劑的鈣源溶液和磷酸根源溶液置于生物半透膜的兩側(cè)，靜置10小時(shí)后，將生物半透膜取下，將沉淀洗滌，烘干后獲得羥基磷灰石納米組裝球鏈粉體；幻將獲得的羥基磷灰石粉體和市售銳鈦型納米二氧化鈦(粒徑為1 25nm)放入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，用超聲波振蕩1小時(shí)，將分散后的體系抽濾，再在烘箱中烘干，即得到羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。具體制備條件為1)模板劑的加入質(zhì)量鈣源和磷酸根源質(zhì)量的0. 5 10%; 2)羥基磷灰石和二氧化鈦的加入質(zhì)量兩者質(zhì)量比1 1 4 1 ；幻所使用的模板劑為脂肪醇類、聚乙二醇類、聚乙烯醇類、醇酰胺類、烷基胺類、烷基苯酚類、羧酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽或其混合物。4)所使用的生物半透膜為雞蛋膜、魚鰾、膀胱膜、腸衣。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、首次提出使用羥基磷灰石納米組裝球鏈作為二氧化鈦納米粉體的載體。該羥基磷灰石納米組裝球鏈的比表面積達(dá)到了 105cm2/g，負(fù)載二氧化鈦納米粉體后的比表面積為 60cm2/g，優(yōu)于絕大多數(shù)二氧化鈦納米催化劑載體或其復(fù)合催化劑。大幅度的提高了二氧化鈦的催化性能，羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑的催化性能相較于純二氧化鈦催化劑催化效率提高了 150 %，在達(dá)到同等催化效果的前提下，催化劑用量可以節(jié)約33. 33 %， 具備很強(qiáng)的工業(yè)可行性。2.本發(fā)明制備的新型納米復(fù)合催化劑中，作為載體的是由低維納米材料組裝而成的羥基磷灰石納米組裝球鏈，該納米組裝球鏈的長度約為20 40 μ m,直徑約為1 4 μ m， 而其他方法制備的羥基磷灰石/二氧化鈦復(fù)合催化劑所使用的羥基磷灰石載體整體尺寸多為簡單結(jié)構(gòu)的納米材料，粒徑尺寸小，回收困難；而本發(fā)明制備的新型納米復(fù)合催化劑較之更加便于回收再利用，催化劑的回收率可以達(dá)到93. 33%。3.本發(fā)明制備的新型納米復(fù)合催化劑所使用的羥基磷灰石納米粉體及二氧化鈦納米粉體都具有無毒性，良好的物理化學(xué)性質(zhì)及出色的生物相容性的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于環(huán)境不會(huì)造成污染。在對(duì)于環(huán)境保護(hù)愈來愈關(guān)注的現(xiàn)況下，這種具體具有優(yōu)越的環(huán)境友好性的催化劑將會(huì)得到更多的重視。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1 量取20mL 0. lmol/L CaCl2 水溶液，20mL 0. 06mo VLKH2PO4 水溶液，分別加入聚乙二醇0. 02g，將兩種溶液置于腸衣的兩側(cè)，靜置10小時(shí)，至體系充分反應(yīng)，取兩側(cè)的沉淀，洗滌烘干后獲得羥基磷灰石粉體；將獲得的羥基磷灰石粉體Ig和市售IOnm銳鈦型二氧化鈦納米粉體0. 5g投入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，超聲分散1小時(shí)后，抽濾，室溫下自然干燥，即得羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。實(shí)施例2量取20mL 0. lmol/L CaSO4 水溶液，20mL 0. 06mol/L K2HPO4 水溶液，分別加入曲拉通-100 0. 02g，將兩種溶液置于魚鰾的兩側(cè)，靜置10小時(shí)，至體系充分反應(yīng)，取兩側(cè)的沉淀，洗滌烘干后獲得羥基磷灰石粉體；將獲得的羥基磷灰石粉體Ig和市售IOnm銳鈦型二氧化鈦納米粉體Ig投入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，超聲分散1小時(shí)后，抽濾，室溫下自然
干燥，即得羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。
實(shí)施例3量取20mL 0. lmol/L CaCl2 水溶液，20mL 0. 06mol/L NaH2PO4 水溶液，分別加入聚乙二醇0. 02g，將兩種溶液置于雞蛋膜的兩側(cè)，靜置10小時(shí)，至體系充分反應(yīng)，取兩側(cè)的沉淀，洗滌烘干后獲得羥基磷灰石粉體；將獲得的羥基磷灰石粉體2g和市售IOnm銳鈦型二氧化鈦納米粉體0. 5g投入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，超聲分散1小時(shí)后，抽濾，室溫下自然干燥，即得羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。實(shí)施例4量取20mL 0. lmol/L CaSO4 水溶液，20mL 0. 06mol/L Na2HPO4 水溶液，分別加入曲拉通-100 0.02g，將兩種溶液置于腸衣的兩側(cè)，靜置10小時(shí)，至體系充分反應(yīng)，取兩側(cè)的沉淀，洗滌烘干后獲得羥基磷灰石粉體；將獲得的羥基磷灰石粉體Ig和市售IOnm銳鈦型二氧化鈦納米粉體0. 5g投入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，超聲分散1小時(shí)后，抽濾，室溫下自然干燥，即得羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。實(shí)施例5量取20mL 0. lmol/L CaCljK溶液，20mL 0. 06mol/L K2HPOjK溶液，分別加入聚乙二醇0. 02g，將兩種溶液置于膀胱膜的兩側(cè)，靜置10小時(shí)，至體系充分反應(yīng)，取兩側(cè)的沉淀， 洗滌烘干后獲得羥基磷灰石粉體；將獲得的羥基磷灰石粉體Ig和市售IOnm銳鈦型二氧化鈦納米粉體0. 5g投入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，超聲分散1小時(shí)后，抽濾，室溫下自然干燥，即得羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。實(shí)施例6量取20mL 0. lmol/L CaSO4 水溶液，20mL 0. 06mol/L NaH2PO4 水溶液，分別加入曲拉通-100 0.02g，將兩種溶液置于雞蛋膜的兩側(cè)，靜置10小時(shí)，至體系充分反應(yīng)，取兩側(cè)的沉淀，洗滌烘干后獲得羥基磷灰石粉體；將獲得的羥基磷灰石粉體2g和市售IOnm銳鈦型二氧化鈦納米粉體0. 5g投入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，超聲分散1小時(shí)后，抽濾，室溫下
自然干燥，即得羥基磷灰石/二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。
權(quán)利要求
1.一種易回收納米復(fù)合催化劑及其制備方法，該易回收納米復(fù)合催化劑的制備步驟為1)將加有模板劑的鈣源溶液和磷酸根源溶液置于生物半透膜的兩側(cè)，靜置10小時(shí)后， 將生物半透膜取下，將沉淀洗滌，烘干后獲得羥基磷灰石納米粉體；幻將獲得的羥基磷灰石納米組裝球鏈和市售納米二氧化鈦(粒徑為1 25nm)放入到燒杯中，以無水乙醇為介質(zhì)，用超聲波分散1小時(shí)，將分散后的體系抽濾，再在烘箱中烘干，即得到羥基磷灰石/ 二氧化鈦納米復(fù)合催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述，模板劑的加入質(zhì)量為鈣源和磷酸根源質(zhì)量的0.5 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述，羥基磷灰石納米組裝納米球體的長度為20 40μ m，直徑為1 4 μ m，比表面積為75 150cm2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述，羥基磷灰石納米組裝球鏈和二氧化鈦納米粉體的質(zhì)量比為 1 1 4 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于鈣源為硫酸鈣、硝酸鈣、氯化鈣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于磷酸根源為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鉀，磷酸二氫鉀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于，所述的模板劑為脂肪醇類、聚乙二醇類、聚乙烯醇類、醇酰胺類、烷基胺類、烷基苯酚類、羧酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽或其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于，所使用的生物半透膜為雞蛋膜、魚鰾、膀胱膜、腸衣。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種易回收納米復(fù)合催化劑及其制備方法。本發(fā)明以長度達(dá)微米級(jí)的羥基磷灰石納米組裝球鏈為載體，利用其表面積大，表面活性高的特征，在其上負(fù)載二氧化鈦納米粉體。該易回收納米復(fù)合催化劑催化活性高，化學(xué)穩(wěn)定性高，可廣泛應(yīng)用于水體中有害物質(zhì)的降解和光電池等諸多領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J27/18GK102274738SQ201110161668
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者劉金庫, 王建棟 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)