本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種可凈化汽車尾氣的二氧化鈦光催化復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
公路隧道或建筑物內(nèi)的環(huán)境相對密封，里面存在著大量的汽車尾氣而不能釋放出去，不僅影響行車安全，且對人體產(chǎn)生很大的危害，尤其是一氧化氮(NO)，它們的危害性極大。傳統(tǒng)的隧道通風(fēng)空氣凈化模式不但凈化汽車尾氣得效果有限，而且通風(fēng)設(shè)備運營費用較高。
納米二氧化鈦粒子光催化復(fù)合作用應(yīng)用于環(huán)境治理，與傳統(tǒng)的處理方式相比較，具有下列優(yōu)點:
(1)能耗低，反應(yīng)條件溫和，在紫外光照射或暴露在太陽光下發(fā)生；
(2)反應(yīng)速度快，降解過程發(fā)生很快，一般需要數(shù)mins到幾個小時；
(3)降解沒有選擇性，幾乎能降解任何有機物，尤其適合于降解多環(huán)芳烴類，多氯聯(lián)苯類物質(zhì)；
(4)消除二次污染，有機物徹底降解為CO2和H2O等優(yōu)勢。
但是作為光催化劑的納米二氧化鈦粒子存在一些缺陷：(1)帶隙較寬，僅能吸收紫外光，在可見光范圍沒有響應(yīng)，對普通光源利用率低；(2)光生電子空穴對的復(fù)合率較高，大大影響了其光催化效率。(3)納米二氧化鈦粒子進(jìn)行光催化時，由于其顆粒細(xì)微，難以沉淀，催化劑難以回收，活性成分損失大，不利于光催化劑的再生利用。這些缺點嚴(yán)重制約該技術(shù)在隧道汽車尾氣凈化中的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有技術(shù)中的二氧化鈦粒子作為催化劑存在帶隙寬，催化效率低和難以回收的缺陷，本發(fā)明提供一種凈化汽車尾氣的二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
(二)技術(shù)方案
本發(fā)明所述的復(fù)合材料，由包括如下重量份的原料制備而成；
鈦源5～25份、硝酸鐵0.001～0.01份、冰乙酸5～30份，蒸餾水2～15份、無水乙醇16～80份。在使用的過程中，冰乙酸、蒸餾水和無水乙醇按相應(yīng)的體積份使用。
本發(fā)明所述的復(fù)合材料的原料，還包括10～100重量份的氧化鋁。
本發(fā)明所述的復(fù)合材料的原料，還包括2～10重量份的白云母。
本發(fā)明所述的復(fù)合材料的原料，所述鈦源為鈦類無機鹽或鈦酸酯。
本發(fā)明所述的復(fù)合材料的原料，所述氧化鋁的比表面積為300-400m2/g。
本發(fā)明所述的復(fù)合材料的原料，優(yōu)選的，由包括如下重量份的原料制備而成：
鈦酸丁酯5～25份，硝酸鐵0.001～0.01份，氧化鋁40～70份，白云母4～7份，冰乙酸15～25份，蒸餾水8～10份，無水乙醇40～56份。
本發(fā)明的另一目的是提供本發(fā)明所述的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)室溫下將鈦源加入到部分無水乙醇中，攪拌30～50mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和剩余的無水乙醇充分混合，再向其中添加硝酸鐵，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；
2)30～35℃下，將溶液B滴加到溶液A中，得到均勻透明的溶膠，靜置形成凝膠；
3)將所述凝膠在80～110℃下進(jìn)行真空干燥，得到干凝膠；
4)將所述干凝膠在550～650℃下進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
所述溶液B以1～3滴/秒的速度添加到溶液A中，在滴加的過程中對所述溶液A以80～150r/min的速度進(jìn)行攪拌。
優(yōu)選的，在所述步驟2)和步驟3)之間還包括如下操作，將所述溶膠加入到飽和氧化鋁中，攪拌50～70min，靜置至其形成凝膠；
所述添加的過程中對所述飽和氧化鋁以50～200r/min的速度進(jìn)行攪拌；
所述飽和氧化鋁的制備方法為，稱取一定量的氧化鋁浸泡于去離子水中至飽和，排出多余的水；
優(yōu)選的，所述步驟1)為，室溫下將鈦源加入到部分無水乙醇中，攪拌30～50mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和剩余的無水乙醇充分混合，再向其中添加硝酸鐵和白云母，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；
本發(fā)明的最后一個目的是保護(hù)利用本發(fā)明所述的原料和方法制備的凈化汽車尾氣的二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
(二)有益效果
本發(fā)明所述的復(fù)合材料具有如下有益效果：
1)在原料中添加Fe3+，可提高二氧化鈦光催化材料的催化效率，改善其催化效果；
2)進(jìn)一步的，在其中添加白云母和高比表面積的氧化鋁后，使得催化材料在紫外光和可見光下均具有良好的催化效果；將所述二氧化鈦分布在氧化鋁中，最終所得的復(fù)合材料的其粒徑為0.5～2mm，利于光催化劑的再生利用，且二氧化鈦在其中的分布均勻，結(jié)合牢固。
3)本發(fā)明所述的方法制備工藝簡單，條件溫和，可控性強，而且制得的二氧化鈦為銳鈦礦型，結(jié)晶化程度好，避免了高溫煅燒晶化時晶粒迅速長大及硬團現(xiàn)象。
總之，本發(fā)明通過選擇在原料中添加Fe3+、白云母和氧化鋁，提高了復(fù)合材料的催化效率和重復(fù)利用率，且在可見光下也具有較強的催化性能，同時，本發(fā)明所述的方法簡單，條件溫和，可控性強，最終可制得一種結(jié)晶化程度好的銳鈦礦型二氧化鈦。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實施例1
本實施例涉及一種二氧化鈦光催化復(fù)合材料，由包括如下原料制備而成：
本實施例還提供該復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)將無水乙醇分為無水乙醇a30mL和無水乙醇b29mL兩份；
室溫下將鈦源加入無水乙醇a中，攪拌40mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和無水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸鐵，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；
2)30℃下，將溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均勻透明的溶膠；在滴加的過程中，以100r/min的速度對溶液A進(jìn)行攪拌；
3)將所述溶膠在100℃下進(jìn)行真空干燥，得到干凝膠；
4)將所述干凝膠在600℃下進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為5.1％、6.2％、3.4％、5.6％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為5.4％、6.3％、3.5％、5.7％。
實施例2
本實施例涉及一種二氧化鈦光催化復(fù)合材料，同實施例1相比，其區(qū)別在于，還在所述原料中添加40g比表面積為350m2/g的氧化鋁；其制備方法為：
1)將無水乙醇分為無水乙醇a 30mL和無水乙醇b 29mL兩份；
室溫下將鈦源加入無水乙醇a中，攪拌40mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和無水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸鐵，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；將氧化鋁溶于去離子水中至飽和，排出多余的水，得飽和氧化鋁；
2)30℃下，將溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均勻透明的溶膠；在滴加的過程中，以150r/min的速度對溶液A進(jìn)行攪拌；
3)將所述溶膠加入到飽和氧化鋁中，攪拌50～70min，靜置至其形成凝膠；添加的過程中對所述飽和氧化鋁以100～200r/min的速度進(jìn)行攪拌；
4)將所述凝膠在100℃下進(jìn)行真空干燥，得到干凝膠；
5)將所述干凝膠在600℃下進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為4.6％、4.9％、3.1％、2.6％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為4.7％、5.0％、3.2％、2.7％。
實施例3
本實施例涉及一種二氧化鈦光催化復(fù)合材料，同實施例1相比，其區(qū)別在于，還在所述原料中添加40g比表面積為350m2/g的氧化鋁，和7g白云母；其制備方法為：
1)將無水乙醇分為無水乙醇a 30mL和無水乙醇b 29mL兩份；
室溫下將鈦源加入無水乙醇a中，攪拌40mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和無水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸鐵和白云母，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；將氧化鋁溶于去離子水中至飽和，排出多余的水，得飽和氧化鋁；
2)30℃下，將溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均勻透明的溶膠；在滴加的過程中，以150r/min的速度對溶液A進(jìn)行攪拌；
3)將所述溶膠加入到飽和氧化鋁中，攪拌60min，靜置至其形成凝膠；添加的過程中對所述飽和氧化鋁以100～200r/min的速度進(jìn)行攪拌；
4)將所述凝膠在100℃下進(jìn)行真空干燥，得到干凝膠；
5)將所述干凝膠在600℃下進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為4.1％、4.2％、3.1％、2.5％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為3.9％、4.1％、3.0％、2.5％。
實施例4
同實施例3相比，其區(qū)別在于，白云母的添加量為4g，其他均與實施例3相同，所得的二氧化鈦光催化復(fù)合材料，
在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為3.6％、3.9％、3.1％、2.8％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為3.7％、3.8％、3.2％、2.9％。
實施例5
本實施例涉及一種二氧化鈦光催化復(fù)合材料，由包括如下重量份的原料制備而成：
本實施例還提供該復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)將無水乙醇分為無水乙醇a 11mL和無水乙醇b 9mL兩份；
室溫下將鈦源加入無水乙醇a中，攪拌30mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和無水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸鐵和白云母，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；將氧化鋁溶于去離子水中至飽和，排出多余的水，得飽和氧化鋁；
2)30℃下，將溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均勻透明的溶膠；在滴加的過程中，以150r/min的速度對溶液A進(jìn)行攪拌；
3)將所述溶膠加入到飽和氧化鋁中，攪拌50min，靜置至其形成凝膠；添加的過程中對所述飽和氧化鋁以100～200r/min的速度進(jìn)行攪拌；
4)將所述凝膠在80℃下進(jìn)行真空干燥，得到干凝膠；
5)將所述干凝膠在550℃下進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為4.0％、4.0％、3.1％、2.7％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為4.2％、4.1％、3.2％、2.5％。
實施例6
本實施例涉及一種二氧化鈦光催化復(fù)合材料，由包括如下重量份的原料制備而成：
本實施例還提供該復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)將無水乙醇分為無水乙醇a 55mL和無水乙醇b 45mL兩份；
室溫下將鈦源加入無水乙醇a中，攪拌50mins后得到透明黃色溶液A；室溫下將蒸餾水、冰乙酸和無水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸鐵和白云母，充分?jǐn)嚢栊纬扇芤築；將氧化鋁溶于去離子水中至飽和，排出多余的水，得飽和氧化鋁；
2)35℃下，將溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均勻透明的溶膠；在滴加的過程中，以80r/min的速度對溶液A進(jìn)行攪拌；
3)將所述溶膠加入到飽和氧化鋁中，攪拌70min，靜置至其形成凝膠；添加的過程中對所述飽和氧化鋁以100～200r/min的速度進(jìn)行攪拌；
4)將所述凝膠在80℃下進(jìn)行真空干燥，得到干凝膠；
5)將所述干凝膠在550℃下進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈦光催化復(fù)合材料。
在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為3.8％、3.9％、3.1％、3.6％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為3.6％、3.6％、2.9％、3.5％。
對比例1
同實施例1相比，其區(qū)別在于，所述原料中不添加硝酸鐵，所得二氧化鈦光催化復(fù)合材料，在紫外光源條件下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為5.5％、6.5％、5％、6.3％。
在白熾燈下對汽車尾氣中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分別為8％、9.7％、6.3％、7.9％。
由以上實施例和對比例可看出，采用本發(fā)明所述的原料制得的產(chǎn)品可有效地降解汽車尾氣中的有害物質(zhì)，提高對有害物質(zhì)的解率，降解后尾氣中的有害物質(zhì)的百分含量明顯地低于不采用本發(fā)明所述材料降解的尾氣中的有害物質(zhì)。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。