專(zhuān)利名稱(chēng)：一種吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種凈化室內(nèi)氣態(tài)有機(jī)污染物的吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)空氣污染等低濃度氣體污染嚴(yán)重危害人類(lèi)的健康，其凈化技術(shù)受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。光催化凈化被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的一項(xiàng)室內(nèi)空氣凈化技術(shù)，具有可利用光能、成本低、無(wú)毒害及可廣泛降解污染物等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)世界上尚未大量投入實(shí)際應(yīng)用， 而我國(guó)則沒(méi)有相關(guān)的產(chǎn)品。這主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)存在幾個(gè)問(wèn)題一、實(shí)際應(yīng)用于凈化器或空調(diào)等設(shè)備時(shí)，由于風(fēng)量很大，氣體污染分子與催化材料的接觸時(shí)間很短，污染物分子由氣相向催化劑表面的傳質(zhì)成為限制步驟，因而常見(jiàn)光催化材料凈化低濃度污染物的效率較低， 達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求；二、光催化材料的凈化效率會(huì)隨濕度增加而下降，部分材料在高濕度時(shí)催化效率下降極為明顯。我們南方及沿海地區(qū)普遍潮濕，因而光催化技術(shù)在這些地區(qū)應(yīng)用存在限制。本發(fā)明通過(guò)合成方法的改進(jìn)，制備新型微孔材料，提高材料在較短接觸時(shí)間條件下的催化效率以及抗?jié)裥阅堋?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)將體積比廣4:50的十二烷基-2-吡啶-甲胺與無(wú)水乙醇攪拌條件下混合，得第一混合液；
(2)將體積比為廣2:30的鈦酸丁酯和無(wú)水乙醇混合，得第二混合液；
(3)將步驟2的第二混合液滴加到步驟1的第一混合溶液中，得第三混合液，第二混合液與第一混合溶液的體積比為1:0. 5^2 ；
(4)在攪拌狀態(tài)下向步驟3得到的第三混合液中加入水，水與第三混合液的體積比為廣3:3，攪拌2 h后得到第四混合液；
(5)將步驟4得到的第四混合溶液加入具四氟內(nèi)膽的反應(yīng)釜，80！水熱反應(yīng)M h并離心，得到第一固體；
(6)將步驟5所得第一固體加入到無(wú)水乙醇中，乙醇與固體質(zhì)量比1(Γ250:1，用濃鹽酸調(diào)節(jié)PH至3 4，攪拌(或振蕩)Γ4 h，離心，得第二固體；
(7)再重復(fù)步驟6的操作3次，得到材料中間體(TiO2-P)；
(8)將步驟7得到的材料中間體加入水中，中間體與水質(zhì)量比為1:廣250，攪拌(或振蕩)廣60 min，離心；重復(fù)該步驟直至溶液pH為6 8，離心，自然風(fēng)干或4(Γ100 ！烘干得具有高活性的二氧化鈦材料(Ti02-W)。
本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明是針對(duì)室內(nèi)空氣等低濃度氣體污染凈化的實(shí)際要求，開(kāi)發(fā)可在較短接觸時(shí)間高效降解污染物的二氧化鈦合成方法。以環(huán)己酮為室內(nèi)空氣污染物代表評(píng)價(jià)材料的凈化性能，結(jié)果表明合成材料在低接觸時(shí)間條件下(0. 036、. 07 S)相比于現(xiàn)有材料在吸附和光催化性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)表現(xiàn)較好的抗?jié)裥浴?、本發(fā)明合成的材料可應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化，例如以材料為核心制備空氣凈化組件，安裝于空氣凈化器，可有效去除如裝修、吸煙等產(chǎn)生的污染物或者殺滅空氣中的病菌；安裝于空調(diào)設(shè)備，則可實(shí)現(xiàn)在空調(diào)換氣的過(guò)程中去除室內(nèi)污染物或病菌，有效降低由于新風(fēng)不足所造成的室內(nèi)健康風(fēng)險(xiǎn)；將材料制備成為涂料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)是室內(nèi)空氣中污染物的長(zhǎng)期吸附凈化。該材料使用場(chǎng)所廣泛，如居民室內(nèi)、醫(yī)院、學(xué)校和工廠等，在低濃度氣體凈化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是TiO2-W電鏡照片； 圖2是XRD光譜圖3是接觸時(shí)間0. 036 S、濕度20%時(shí)P25、TiO2-P和TiO2-W對(duì)環(huán)己酮的吸附量圖； 圖4是濕度20%、不同接觸時(shí)間條件下P25、TiO2-P和TiO2-W對(duì)環(huán)己酮的去除速率圖； 圖5是接觸時(shí)間0. 036 S、不同濕度條件下P25、Ti02-P和TiO2-W對(duì)環(huán)己酮的去除速率圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
1、將體積比廣4:50的十二烷基-2-吡啶-甲胺與無(wú)水乙醇攪拌條件下混合，得第一混合液；
2、將體積比為廣2:30的鈦酸丁酯和無(wú)水乙醇混合，得第二混合液；
3、將步驟2的第二混合液滴加到步驟1的第一混合溶液中，得第三混合液，第二混合液與第一混合溶液的體積比為1:0. 5^2 ；
4、在攪拌狀態(tài)下向步驟3得到的第三混合液中加入水，水與第三混合液的體積比為廣3:3，攪拌2 h后得到第四混合液；
5、將步驟4得到的第四混合溶液加入具四氟內(nèi)膽的反應(yīng)釜，80！水熱反應(yīng)M h并離心，得到第一固體；
6、將步驟5所得第一固體加入到無(wú)水乙醇中，乙醇與固體質(zhì)量比1(Γ250:1，用濃鹽酸調(diào)節(jié)PH至3 4，攪拌(或振蕩)Γ4 h，離心，得第二固體；
7、再重復(fù)步驟6的操作3次，得到材料中間體(TiO2-P)；
8、將步驟7得到的材料中間體加入水中，中間體與水質(zhì)量比為1:廣250，攪拌(或振蕩) Γ60 min，離心，重復(fù)如前水洗操作直至溶液pH為6 8，離心，自然風(fēng)干或4(T100 °C烘干得具有高活性的二氧化鈦材料(Ti02-W)。步驟8為本發(fā)明的核心步驟，是通過(guò)水鈍化的方法調(diào)整材料的孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到同時(shí)提高材料吸附、催化和抗?jié)裥阅艿哪康?。傳統(tǒng)制備無(wú)定形二氧化鈦材料，由于其結(jié)構(gòu)熱
4穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性較差，和水反應(yīng)會(huì)使其結(jié)構(gòu)向不利調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變，喪失活性，失去實(shí)用價(jià)值。 而本發(fā)明是在合成微孔二氧化鈦中間體的前提下對(duì)其水鈍化處理，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)優(yōu)化溶劑配比，所得材料在獲得獨(dú)特微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)于低濃度污染物的去除表現(xiàn)出特異效果。本發(fā)明合成的二氧化鈦材料的獨(dú)特微孔結(jié)果使材料獲得更強(qiáng)的吸附能力，增強(qiáng)了污染物從氣相向催化劑表面的傳質(zhì)，進(jìn)而提高了催化效率。本發(fā)明制備的材料在較短接觸時(shí)間條件下的吸附量和催化效果相對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品效果均有明顯提升，同時(shí)抗?jié)裥阅茱@著優(yōu)于現(xiàn)有材料。下面根據(jù)附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實(shí)施例1
1、將體積比2:50的十二烷基-2-吡啶-甲胺與無(wú)水乙醇攪拌條件下混合，得第一混合
液；
2、將體積比為1:30的鈦酸丁酯和無(wú)水乙醇混合，得第二混合液；
3、將步驟2的第二混合液滴加到步驟1的第一混合溶液中，得第三混合液，第二混合液與第一混合溶液的體積比為1:1;
4、在攪拌狀態(tài)下向步驟3得到的第三混合液中加入水，水與第三混合液的體積比為 1:3，攪拌2 h后得到第四混合液；
5、將步驟4得到的第四混合溶液加入具四氟內(nèi)膽的反應(yīng)釜，80！水熱反應(yīng)M h并離心，得到第一固體；
6、將步驟5所得第一固體加入到無(wú)水乙醇中，乙醇與固體質(zhì)量比50:1，用濃鹽酸調(diào)節(jié) PH至;Γ4，攪拌(或振蕩)4 h，離心，得第二固體；
7、再重復(fù)步驟6的操作3次，得到材料中間體(TiO2-P)；
8、取600μ 1十二烷基-2-吡啶-甲胺加入到30 ml無(wú)水乙醇中，1. 7 ml鈦酸丁酯溶于30 ml無(wú)水乙醇，緩慢滴加到十二烷基-2-吡啶-甲基胺的乙醇溶液中，加入20 ml超純水，攪拌2 h，移入四氟內(nèi)膽水熱反應(yīng)釜，80 ！水熱反應(yīng)M h，自然冷卻并離心，所得固體用 250 ml無(wú)水乙醇分散，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH為3，攪拌4 h，離心，再重復(fù)用乙醇-HCl潤(rùn)洗3次， 離心，所得固體分散于250 ml超純水，攪拌10 min，離心，重復(fù)超純水潤(rùn)洗直至溶液pH為 7，離心，60 °C烘干即得。如上所述，制得材料結(jié)構(gòu)如圖1、2和表1所示，TiO2-W的孔徑變寬，比表面顯著減小，同時(shí)相比TiO2-P的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，TiO2-W產(chǎn)生了部分銳鈦礦的晶型結(jié)構(gòu)。濕度20%條件下，材料對(duì)環(huán)己酮的吸附量如圖3所示，Ti02-W>Ti02-P>P25。不同接觸時(shí)間和濕度下的催化性能結(jié)果如圖4、5所示，在低接觸時(shí)間和高濕度條件下，TiO2-W相比P25和TiO2-P存在明顯優(yōu)勢(shì)。表1 材料的比表面積、孔徑和微孔體積
權(quán)利要求
1. 一種吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將體積比廣4:50的十二烷基-2-吡啶-甲胺與無(wú)水乙醇攪拌條件下混合，得第一混合液；(2)將體積比為廣2:30的鈦酸丁酯和無(wú)水乙醇混合，得第二混合液；(3)將步驟2的第二混合液滴加到步驟1的第一混合溶液中，得第三混合液，第二混合液與第一混合溶液的體積比為1:0. 5^2 ；(4)在攪拌狀態(tài)下向步驟3得到的第三混合液中加入水，水與第三混合液的體積比為廣3:3，攪拌2 h后得到第四混合液；(5)將步驟4得到的第四混合溶液加入具四氟內(nèi)膽的反應(yīng)釜，80！水熱反應(yīng)M h并離心，得到第一固體；(6)將步驟5所得第一固體加入到無(wú)水乙醇中，乙醇與固體質(zhì)量比1(Γ250:1，用濃鹽酸調(diào)節(jié)PH至3 4，攪拌(或振蕩)Γ4 h，離心，得第二固體；(7)再重復(fù)步驟6的操作3次，得到材料中間體(TiO2-P)；(8)將步驟7得到的材料中間體加入水中，中間體與水質(zhì)量比為1:廣250，攪拌(或振蕩)廣60 min，離心；重復(fù)該步驟直至溶液pH為6 8，離心，自然風(fēng)干或4(Γ100 ！烘干得具有高活性的二氧化鈦材料(Ti02-W)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種吸附-光催化一體化二氧化鈦的制備方法，以十二烷基-2-吡啶-甲胺為模板劑，在乙醇-水體系條件下水熱反應(yīng)，用乙醇-鹽酸溶液萃取模板劑得到中間體，最后采用水鈍化方法處理得到吸附-光催化一體化二氧化鈦。本發(fā)明采用水鈍化的方法制備的材料在高風(fēng)速(較短接觸時(shí)間)條件下的吸附、催化和抗?jié)裥阅芟啾痊F(xiàn)有材料具有顯著優(yōu)勢(shì)，在室內(nèi)空氣污染治理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J21/06GK102489242SQ20111038974
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者呂金澤, 朱利中 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)