一種固定化的可見光響應光催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種固定化的可見光響應光催化劑及其制備方法，包括：按重量份數計的：光催化材料：30至55份；鈰鋯固熔體：15至20份；混合鑭鐠：5至10份；聚鋁：15至25份；硅鎂氧化物：10至15份；水：40至60份；其中，光催化材料、鈰鋯固熔體、混合鑭鐠、聚鋁和硅鎂氧化物的份數和為100份。本發(fā)明的有益效果是：采用了不同形狀的材料骨架作為光催化劑的載體，將催化劑吸附在載體上，固化為整體結構；改變了光催化劑以粉末或溶液方式使用的方法，省去了光催化劑與底物的分離操作，避免可能產生的二次污染。
【專利說明】一種固定化的可見光響應光催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于環(huán)境保護的催化劑及其制備方法，尤其涉及一種在有光照的條件下，能夠對環(huán)境中的氣相有毒、有害污染物進行無害化降解的催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]光催化劑可將大氣及水體中的污染物(特別是有機污染物)完全降解為對環(huán)境和人體無害的物質，在環(huán)境污染治理中越來越受到重視，是最有效、最有應用前景的環(huán)保技術。現(xiàn)有光催化劑主要以溶液或粉末的形式使用，使用時，將光催化劑與污染物相混合，然后利用紫外光照射，最終將污染物分解成無害的物質，從而達到凈化污染物，保護環(huán)境的作用。
[0003]光催化劑的上述使用方式，在治理污染物過程中，存在不足之處有以下幾點。
[0004]一、粉末狀的光催化劑，要分散在含査污染物體系中，再在光照下才能起催化降解作用，這樣，催化劑很容易因流動而造成損失或導致應避免的次生污染；污染物降解后，因催化劑是粉末狀的，光催化劑與降解產物需進行分離，存在分離困難，或分離不完全，往往是作為一次性使用。因此，一是浪費，二是容易產生二次污染。
[0005]二、溶液型的光催化劑，使用時將其噴涂到物體上形成一層很薄的催化劑膜。因為涂膜過薄，與污染物的接觸面積有限，同時受外力作用容易脫落，發(fā)揮不了光催化劑應起的作用，其使用受到很大的制約。
[0006]三、上述的光催化 劑，需要輔加紫外光照，才能體現(xiàn)出光催化劑降解污染物的作用，這樣就限制了其實際應用。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了固定化的可見光響應光催化劑，包括:按重量分數計的:光催化材料:30至55份；鈰鋯固熔體:15至20份；混合鑭鐠:5至10份；聚鋁:15至25份；硅鎂氧化物:10至15份；水:40至60份，其中，光催化材料、鈰鋯固熔體、混合鑭鐠、聚鋁和硅鎂氧化物的份數和為100份。
[0008]原料來源如下:
光催化材料的成份:主要是鈦、鉍、鎢的氧化物或其鹽類化合物，根據使用要求，三者按質量份計如下:
鈦的氧化物:20-50份 鎢的氧化物:25~40份 鉍的氧化物:25~40份
其中，鈦的氧化物或其鹽類化合物是指二氧化鈦(Ti02)、四氯化鈦(TiCl4)、鈦酸鍶SrTiO3等。供應商廣西百色大華化工廠、上海東升鈦白粉廠、德國Degussa公司等。
[0009]鎢的氧化物或其鹽類化合物是指三氧化鎢(W03)、鎢酸鉍(BiWO6)等。供應商有天津津東化工廠、江西贛州鈷冶煉廠等鉍的氧化物或其鹽類化合物是指三氧化二鉍(Bi203)、鎢酸鉍(BiW06)、鑰酸鉍(BiMoO6)等。供應商有成都海特新材料公司等。
[0010]制備方法:
將上述各材料按量混勻后共研磨分散。
[0011]鈰鋯固熔體:中國有色金屬研究院及上海躍龍公司及其它的稀土企業(yè)都有生產 混合鑭鐠:取鑭和鐠的氯酸鹽或硝酸鹽，按純金屬質量計，鑭20-40份、鐠20飛0，混合
后溶于100份水中。
[0012]聚鋁:取氫氧化鋁70-100份，加入尿素2~10份，然后加熱保持微沸，再加入5~15份檸檬酸進行絡合成膠體。
[0013]硅鎂氧化物:以氧化鎂10-30份、水玻璃40-70份分散混勻，然后進行噴霧干燥成粉狀。
[0014]本發(fā)明還提供了一種制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，包括以下幾個步驟:
步驟Α:按比例稱取各組分，混合均勻，然后置研磨機中分散，再將得到的料液取出并調整pH值，得到呈膠體狀的漿液；
步驟B:選取陶瓷或金屬材料作為載體，將其表面清理干凈；
步驟C:將所述步驟A所得到的漿液涂覆于載體上，連續(xù)、均勻的涂膜層；
步驟D:將所述步驟C中涂覆了光催化劑漿料的載體，先烘干以得到初步固定催化劑涂層；然后再燒結，即得到固定化的可見光響應光催化劑。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟A中:分散時間為12至20小時，pH值6.5至8.5。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟C中，漿液涂覆于載體上的方法包括:采用浸潰、噴涂或者刷涂。
[0017]優(yōu)選的,所述步驟C中,所述液膜的厚度為0.1至1.2mm。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟D中，烘干的溫度為100至250°C，時間為1.5至3小時。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟D中，燒結的溫度為800至1200°C，時間為2至4小時。
[0020]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果是。
[0021]1、采用了不同形狀的材料骨架作為光催化劑的載體，將催化劑吸附在載體上，固化為整體結構；改變了光催化劑以粉末或溶液方式使用的方法，省去了光催化劑與底物的分離操作，避免可能產生的二次污染。
[0022]2、采用摻雜改性方法，將常規(guī)光催化劑只能在紫外光條件下才能進行的催化反應，拓寬到在可見光下也能產生催化反應，使其應用領域和范圍大大擴展。
[0023]3、采用無機材料在高溫下進行固化方法，催化劑涂層在載體上附著牢固，耐水、耐候性好，可長期使用。
[0024]4、使用固定化的可見光響應光催化劑，在太陽光或人造光條件下，就可對自然中流動態(tài)的污染物進行持續(xù)高效的降解，使用成本低；整體式結構，不粉化、不脫落，易于回收，對環(huán)境友好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明表面反應型的光催化劑結構圖。
[0026]圖2是本發(fā)明流動反應型的光催化劑結構圖。[0027]圖3是本發(fā)明中不同條件下的測試結果。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，對本發(fā)明的較優(yōu)的實施例作進一步的詳細說明。
[0029]實施例1
光催化材料:30克
鈰鋯材料(以鈰鋯固熔體計):20克 混合鑭鐠:10克
聚鋁:25克
硅鎂氧化物(以硅酸鎂計):15克 水:40克
步驟A:稱取上述各材料，先混合均勻，然后置研磨機中分散12小時，研磨后的料液取出并調整其PH為6.5，得到呈膠體狀的漿液；
步驟B:選取合適形狀及大小的陶瓷或金屬材料作為載體，將其表面的油、污垢、雜質
等清理干凈；
步驟C:根據載體形狀和結構，采用浸潰、噴涂、刷涂等方法，將呈膠體狀的漿液涂覆于載體上，并清除附著在載體上的多余料液，使在骨架載體上形成一層液膜厚度在0.1至1.2mm的均勻、連續(xù)的涂膜層；
步驟D:將涂附了光催化劑漿料的載體，先于100°C烘干1.5小時以初步固定催化劑涂層；然后再于800°C燒結2小時，即得到整體式的、固定化的可見光響應光催化劑；最后將得到的固定化的可見光響應光催化劑，根據使用條件和要求，進行切割、組裝使用。
[0030]實施例2
光催化材料:55克
鈰鋯材料(以鈰鋯固熔體計):15克 混合鑭鐠:5克
聚鋁:15克
硅鎂氧化物(以硅酸鎂計):10克 水:60克
步驟A:稱取上述各材料，先混合均勻，然后置研磨機中分散20小時，研磨后的料液取出并調整其PH為8.5，得到呈膠體狀的漿液；
步驟B:選取合適形狀及大小的陶瓷或金屬材料作為載體，將其表面的油、污垢、雜質
等清理干凈；
步驟C:根據載體形狀和結構，采用浸潰、噴涂、刷涂等方法，將呈膠體狀的漿液涂覆于載體上，并清除附著在載體上的多余料液，使在骨架載體上形成一層液膜厚度在0.1至1.2mm的均勻、連續(xù)的涂膜層；
步驟D:將涂附了光催化劑漿料的載體，先于250°C烘干3小時以初步固定催化劑涂層；然后再于1200°C燒結4小時，即得到整體式的、固定化的可見光響應光催化劑；最后將得到的固定化的可見光響應光催化劑，根據使用條件和要求，進行切割、組裝使用。
[0031]實施例3 光催化材料:40克
鈰鋯材料(以鈰鋯固熔體計):18克 混合鑭鐠:8克
聚鋁:20克
硅鎂氧化物(以硅酸鎂計):14克 水:50克
步驟A:稱取上述各材料，先混合均勻，然后置研磨機中分散16小時，研磨后的料液取出并調整其PH為7，得到呈膠體狀的漿液；
步驟B:選取合適形狀及大小的陶瓷或金屬材料作為載體，將其表面的油、污垢、雜質
等清理干凈；
步驟C:根據載體形狀和結構，采用浸潰、噴涂、刷涂等方法，將呈膠體狀的漿液涂覆于載體上，并清除附著在載體上的多余料液，使在骨架載體上形成一層液膜厚度在0.1至
1.2mm的均勻、連續(xù)的涂膜層；
步驟D:將涂附了光催化劑漿料的載體，先于200°C烘干2小時以初步固定催化劑涂層；然后再于1000°C燒結3小時，即得到整體式的、固定化的可見光響應光催化劑。將得到的固定化的可見光響應光催化劑，根據使用條件和要求，進行切割、組裝使用。
[0032]如圖1和圖2所示，光催化層10涂覆在載體骨架20的上。
[0033]按實施例1至3的方法所制備的光催化劑，其特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
[0034]1、固定化的光催化劑，改變了現(xiàn)有光催化劑以粉末或液體形式與污染物體系混合使用、污染物降解后再將催化劑分離出來的方式，而是以固-氣或固-液接觸方式進行，污染物降解后，因光催化劑是固態(tài)結構，與液態(tài)或氣態(tài)的污染物體系達到自動分離，催化劑可以重復、連續(xù)進行使用，降低運行成本，同時避免了催化劑可能產生的二次污染問題。
[0035]2、優(yōu)良的可見光響應能力。通過對光催化材料的多元摻雜改性，使光催化劑只在單純的紫外光照條件下才能產生催化作用，擴展到紫外光、紅外線及可見光照條件下也能表現(xiàn)出高效的光催化性能。
[0036]3、固定化的可見光響應光催化劑。光催化劑經高溫燒結，耐氣流沖刷能力更好，具有更好的耐候、耐溫、耐水性，使光催化劑的適應范圍得到極大的擴展。
[0037]4、光催化劑固定到骨架載體上，通過擴大催化劑的比表面積，改變了常規(guī)光催化劑只能在一維表面進行的不足，使有毒、有害污染物可以在催化劑的三維空間中被催化降解，提高了光催化劑的利用率。
[0038]實施例4
用Degussa P-25、自制光催化劑及不含光催化劑的普通涂層，制備成IOX IOcm的基板，然后將50PPM甲基藍涂覆于基板上，在紫外光、太陽光及LED燈光下照射，進行催化降解為例，以基板上的甲基藍完全褪去顏色時間為評價依據，結果如圖3所示。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種固定化的可見光響應光催化劑，其特征在于，包括:按重量分數計的: 光催化材料:30至55份 鈰鋯固熔體:15至20份 混合鑭鐠:5至10份 聚鋁:15至25份 硅鎂氧化物:10至15份 水:40至60份， 其中，光催化材料、鈰鋯固熔體、混合鑭鐠、聚鋁和硅鎂氧化物的份數和為100份。
2.如權利要求1所述的制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，其特征在于，包括以下幾個步驟: 步驟A:按比例稱取各組分，混合均勻，然后置研磨機中分散，再將得到的料液取出并調整PH值，得到呈膠體狀的漿液； 步驟B:選取陶瓷或金屬材料作為載體，將其表面清理干凈； 步驟C:將所述步驟A所得到的漿液涂覆于載體上的均勻、連續(xù)的涂膜層； 步驟D:將所述步驟C中涂附了光催化劑漿料的載體，先烘干以得到初步固定催化劑涂層；然后再燒結，即得到固定化的可見光響應光催化劑。
3.如權利要求2所述的制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟A中:分散時間為12至20小時，pH值6.5至8.5。
4.如權利要求2所述的制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟C中，漿液涂覆于載體上的方法包括:采用浸潰、噴涂或者刷涂。
5.如權利要求2所述的制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟C中，所述液膜的厚度為0.1至1.2mm。
6.如權利要求2所述的制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟D中，烘干的溫度為100至250°C，時間為1.5至3小時。
7.如權利要求2所述的制備固定化的可見光響應光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟D中，燒結的溫度為800至1200°C，時間為2至4小時。
【文檔編號】B01J35/10GK103691427SQ201310631379
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】石江潭 申請人:石江潭