本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米級(jí)二氧化鈦，是指直徑在100納米以下的二氧化鈦(TiO2)。納米TiO2不僅具備十分寶貴的光學(xué)性質(zhì)，還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無(wú)毒性、超親水性、非遷移性，且完全可以與食品接觸，所以被廣泛應(yīng)用于抗紫外材料、紡織、光催化觸媒、自潔玻璃、防曬霜、涂料、油墨、食品包裝材料、造紙工業(yè)、航天工業(yè)、鋰電池等領(lǐng)域中。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，純納米TiO2存在易團(tuán)聚、難以回收、自然光利用率不高的缺點(diǎn)。將納米TiO2負(fù)載在合適的載體材料上是目前解決該問題的主要方法之一?，F(xiàn)有技術(shù)中，已存在一些納米TiO2負(fù)載在載體材料上的方法，但是這些方法制備成本高，制備的產(chǎn)品二氧化鈦負(fù)載量不高，且光催化性能有待進(jìn)一步提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是如何提供一種負(fù)載量高、白度高、光催化效果好、成本低的以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料及其制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下。
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，白度為90～92，由水洗硅藻土和負(fù)載在水洗硅藻土上的納米二氧化鈦組成；
所述水洗硅藻土的二氧化硅含量為92％以上，粒徑為35～50um，比表面積為180～220m2/g，孔體積為0.3～0.4ml/g；
所述納米二氧化鈦的負(fù)載量為40～45％，晶粒度≤15nm。
上述以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法，步驟如下：
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比(28～32):1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1～1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃以下，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至50～70℃，保溫1～1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4～4.5，20～50℃陳化0.5～2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，550～600℃煅燒2～3h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料；
所述水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為150:(160～170):150。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明的以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料比表面積大，表面二氧化鈦負(fù)載量高，晶粒度小，光催化性能優(yōu)異，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到95％以上；除甲醛效果好，24h甲醛降解率達(dá)到85％以上，48h甲醛降解率達(dá)到75％以上；
本發(fā)明的以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的白度高，能夠達(dá)到90以上；
本發(fā)明的以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法成本低，水洗硅藻土2000元/噸，操作簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)而不是對(duì)本發(fā)明專利要求的限制。
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，白度為90～92，由水洗硅藻土和負(fù)載在水洗硅藻土上的納米二氧化鈦組成。
其中，水洗硅藻土的二氧化硅含量為92％以上，粒徑為35～50um，比表面積為180～220m2/g，孔體積為0.3～0.4ml/g；該水洗硅藻土可以通過商購(gòu)獲得(臨江市興輝助濾劑有限公司)。
納米二氧化鈦的負(fù)載量為40～45％，以晶粒形式存在，晶粒度≤15nm，如果納米二氧化鈦的負(fù)載量低于40％，反應(yīng)體系中濃度低，會(huì)降低碰撞幾率，進(jìn)而降低負(fù)載粒子數(shù)量；如果納米二氧化鈦的負(fù)載量高于45％，不僅成本會(huì)增加，而且會(huì)造成二氧化鈦生長(zhǎng)速率和成核速率增大，增加晶粒度，不容易吸附到硅藻土表面。
上述以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法，步驟如下:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比(28～32):1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1～1.5，得到水洗硅藻土漿液；
其中，水洗硅藻土漿液的濃度與TiO2負(fù)載量一樣，與產(chǎn)品性能和成本相關(guān)；如水和水洗硅藻土質(zhì)量比小于28:1，水洗硅藻土漿液濃度增大，相同TiO2負(fù)載量情況下，單位載體表面TiO2過低，并且在靜電引力的作用下，造成載體團(tuán)聚，比表面積減小，不利于TiO2的負(fù)載；如水和水洗硅藻土質(zhì)量比大于32:1，水洗硅藻土漿液濃度減小，單位質(zhì)量的復(fù)合材料的制備成本增加。
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃以下，通常為-10℃～-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為150:(160～170):150，升溫至50～70℃，保溫1～1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4～4.5，20～50℃陳化0.5～2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，550～600℃煅燒2～3h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料；
其中，反應(yīng)溫度高于70℃，反應(yīng)速度太快，縮聚速率增大，含鈦膠粒凝聚時(shí)間減少，容易形成大顆粒水解產(chǎn)物，產(chǎn)生的大顆粒水解產(chǎn)物不容易吸附在載體表面，導(dǎo)致鈦元素被吸附到載體表面的機(jī)會(huì)和化學(xué)含量降低。攪拌下保溫時(shí)間低于1h，反應(yīng)不夠充分徹底，影響光催化效果，攪拌下保溫時(shí)間高于1.5h，在反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束的情況下，在攪拌力的作用下，負(fù)載在載體表面的鈦的水化膜容易從載體表面脫落，影響光催化效果。反應(yīng)終點(diǎn)pH值決定著TiO2水合粒子的電學(xué)性質(zhì)，從而影響所制備復(fù)合材料的光催化效率。煅燒溫度和時(shí)間是影響光催化材料性能的重要因素之一，載體表面TiO2晶體結(jié)構(gòu)、粒徑、比表面積、粗糙度等表面性質(zhì)與煅燒溫度和時(shí)間密切相關(guān)，本發(fā)明的550～600℃煅燒2～3h是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果必要的工藝條件。
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，白度為91，由水洗硅藻土和負(fù)載在水洗硅藻土上的納米二氧化鈦組成；水洗硅藻土的二氧化硅含量為93.2％，粒徑為35-50um，比表面積為210m2/g，孔體積為0.34ml/g；納米二氧化鈦的負(fù)載量為43％，晶粒度12.2nm。
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比30:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至60℃，保溫1.2h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.3，20℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，590℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為150:165:150。
取0.1g以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料樣品加入100mL濃度為l0mg/L的羅丹明B溶液中，磁力攪拌下，在紫外光下光照20min，測(cè)得Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到98.2％。在1m3的密閉玻璃箱內(nèi)放入盛有3uL甲醛的培養(yǎng)皿和涂有8g以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料樣品的玻璃板，箱內(nèi)甲醛氣體初始濃度0.7mg/m'S，30W口光燈連續(xù)照射，經(jīng)檢測(cè)24h甲醛降解率達(dá)到88％，48h甲醛降解率達(dá)到76％。說明本發(fā)明的以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的光催化性能優(yōu)異和除甲醛性能優(yōu)異。
實(shí)施例2
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，白度為90，由水洗硅藻土和負(fù)載在水洗硅藻土上的納米二氧化鈦組成；水洗硅藻土的二氧化硅含量為92.8％，粒徑為35-50um，比表面積為200m2/g，孔體積為0.31ml/g；納米二氧化鈦的負(fù)載量為40％，晶粒度12.3nm。
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比28:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至55℃，保溫1h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，40℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，560℃煅燒3h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為150:160:150。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到96.4％；24h甲醛降解率達(dá)到82％，48h甲醛降解率達(dá)到75％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。
實(shí)施例3
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，白度為92，由水洗硅藻土和負(fù)載在水洗硅藻土上的納米二氧化鈦組成；水洗硅藻土的二氧化硅含量為93.9％，粒徑為35-50um，比表面積為218m2/g，孔體積為0.39ml/g；納米二氧化鈦的負(fù)載量為45％，晶粒度12.7nm。
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比32:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至70℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，600℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到98.4％；24h甲醛降解率達(dá)到89％，48h甲醛降解率達(dá)到81％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。
對(duì)比例1
以硅藻土助濾劑為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和硅藻土助濾劑(比表面積為37.28m2/g，孔體積為0.189cm3/g，平均孔徑為100nm，SiO2含量達(dá)91.74％)按質(zhì)量比32:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到硅藻土助濾劑漿液；
步驟二、待硅藻土助濾劑漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至70℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，600℃煅燒2h，得到以硅藻土助濾劑為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，硅藻土助濾劑、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到91.4％；24h甲醛降解率達(dá)到75.3％，48h甲醛降解率達(dá)到70.6％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。對(duì)比例1表明，如果將本發(fā)明的水洗硅藻土更換為硅藻土助濾劑，會(huì)明顯降低材料的光催化效果。
對(duì)比例2
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比40:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至70℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，600℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到91.9％；24h甲醛降解率達(dá)到78％，48h甲醛降解率達(dá)到72％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。對(duì)比例2表明，降低水洗硅藻土漿液濃度會(huì)明顯降低材料的光催化效果。
對(duì)比例3
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比20:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至70℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，600℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到91.8％；24h甲醛降解率達(dá)到76.4％，48h甲醛降解率達(dá)到71％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。對(duì)比例3表明，提高水洗硅藻土漿液濃度會(huì)明顯降低材料的光催化效果。
對(duì)比例4
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比32:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至75℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，600℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到95.3％；24h甲醛降解率達(dá)到79.3％，48h甲醛降解率達(dá)到73.4％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。對(duì)比例4表明，本發(fā)明的反應(yīng)溫度如果高于70℃會(huì)明顯降低材料的光催化效果。
對(duì)比例5
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比32:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至45℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，600℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。
經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到92.8％；24h甲醛降解率達(dá)到74％，48h甲醛降解率達(dá)到69.5％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。對(duì)比例5表明，本發(fā)明的反應(yīng)溫度如果低于50℃會(huì)明顯降低材料的光催化效果。
對(duì)比例6
以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料的制備方法:
步驟一、將水和水洗硅藻土按質(zhì)量比32:1攪拌混合均勻，鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，得到水洗硅藻土漿液；
步驟二、待水洗硅藻土漿液溫度降至-5℃，加入四氯化鈦溶液和硫酸銨溶液，升溫至70℃，保溫1.5h，然后加入碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH值為4.5，50℃陳化2.0h，降溫，過濾，洗滌，干燥，700℃煅燒2h，得到以水洗硅藻土為載體負(fù)載納米TiO2光催化材料，其中，水洗硅藻土、四氯化鈦、硫酸銨的質(zhì)量比為160:170:160。經(jīng)檢測(cè)，在紫外光下，20min內(nèi)Rhodamine-B溶液的降解率達(dá)到92.6％；24h甲醛降解率達(dá)到77.1％，48h甲醛降解率達(dá)到73％(檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同)。對(duì)比例6表明，本發(fā)明的煅燒溫度如果高于600℃會(huì)明顯降低材料的光催化效果。
顯然，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于所述技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。