具有高效光催化性能的復合物溶膠制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種以介孔碳CMK-3為載體，以鈦酸四丁酯為鈦源，通過溶膠-凝膠法制備出CMK-3/Ti02復合物，屬于無機納米復合材料的技術領域。制備出的復合物在紫外光下具有良好的光催化性能。
[0002]
【背景技術】
[0003]染料廢水是我國目前幾種難治理的行業(yè)性廢水之一。染料廢水種類繁多，水質成分復雜，采用傳統(tǒng)的絮凝、生物氧化法往往不能達到滿意的去除效果。二氧化鈦是一種低毒、廉價的半導體材料，并且具有較高的晶化度，在環(huán)境凈化、太陽能轉化、染料敏化太陽能電池、光催化、光學器件等方面具有廣泛的應用，引起了研宄者的高度關注。1102光催化反應因具有光化學性能穩(wěn)定、操作條件容易控制、無二次污染等特點，在水凈化、空氣凈化、污水處理等領域具有廣闊的應用前景。作為光催化劑的1102在紫外線照射下，其表面產(chǎn)生.ΟΗ自由基，可將有機污染物降解消除，并最終將污染物分解為0)2和Η20。但T12的能帶隙較寬(3.0~3.2eV)，光譜響應范圍窄，光吸收僅限于紫外光區(qū)，對太陽能的利用率只有3-5% (王宏志等，硅酸鹽通報，1999，I，31-34)，難以有效地利用太陽光，并且純1102對有機物的吸附性能差，易于凝結聚集，難于分離回收，這嚴重制約了 T12光催化材料的實際應用。因此，擴展T12催化的光譜響應范圍，使其在可見光區(qū)(400~750nm)有較高的光催化活性，便于回收，成為人們的研宄熱點(Stylidi M等，Appl.Catal.B:Environ, 2004, 47, 189-201;Moon J等，Catal.Today, 2003，87，77-86)。到目前，使T12在可見光照射下產(chǎn)生光催化作用的方法主要有:對T12進行染料光敏化處理、對T1 2進行金屬離子摻雜和與半導體復合(Cronemeyer D C等，Phys.Rev, 1959, 113, 1222)等。這些方法雖在一定程度上可以提高對可見光的利用率，但同時也存在敏化劑化學穩(wěn)定性差、熱穩(wěn)定性下降等缺陷。有研宄者報道了 N取代少量晶格氧可使1102的禁帶寬度變窄，并在不降低紫外活性的同時實現(xiàn)可見光催化響應，拉開了非金屬摻雜T12研宄的序幕(Sakthivel S等，Angew.Chem.1nt.Ed, 2003, 42，4908-4910)。文獻報道，1102通過碳原子的摻雜改性后經(jīng)可見光激發(fā)可以產(chǎn)生.0H 自由基(Khan S U M 等，Science, 2002, 297，2243-2245)。通過水解鈦醇鹽制備了 T12-C,其光催化活性比摻N的樣品要高許多(Bickley I B等，J.Solid.State.Chem, 1991，92,178-190)。因此，摻碳的二氧化鈦的制備成為人們的研宄熱點。
[0004]由于介孔碳CMK-3具有較高的比表面積、很強的吸附能力和優(yōu)良的導電性能，不僅可以增強對有機物的吸附能力，而且可以增強電子的傳輸能力(Chai G S等，J.Phys.Chem.B, 2004, 108, 7074-7079)。當復合催化劑在紫外光激發(fā)下，其中的CMK-3作為電子的接受體，容易接收打02導帶的光生電子，抑制T12光生電子和空穴對的復合，從而提高打02的光量子效率。因此介孔碳可以作為理想的催化劑載體，用CMK-3對T1 2進行改性研宄對今后光催化材料的設計、制備及應用有重要意義。
[0005]本發(fā)明以介孔碳CMK-3為載體，采用溶膠-凝膠法制備出CMK_3/Ti02復合粉體，并研宄了其在紫外光下對亞甲基藍的光催化性能。由于有介孔碳CMK-3對1102進行了改性，01?-3/1102復合物變現(xiàn)出比文獻中T12復合物更好的光催化性能(Jianwen Shi等，Catal.Commun, 2008, 9, 1846 - 1850)。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在提出了一種以介孔碳CMK-3為載體，通過溶膠-凝膠法，制備出具備高效光催化性能的01?-3/1102復合物的方法。
[0008]具有高效光催化性能的復合物溶膠制備方法，按照下述步驟進行:
(I)介孔碳CMK-3的制備:將I g硅基介孔分子篩SBA-15加入到含硫酸的蔗糖水溶液中(按1.25 g蔗糖，0.14 g&H2S04，5 g水配制)，攪拌均勻。將混合物置于100°C烘箱保溫6h，隨后升至160°C保溫6h。將得到的黑褐色樣品研磨，繼續(xù)將0.75 g蔗糖，0.1 g&H2S04，5 g水加入到磨好的樣品中，攪拌均勻，進行同樣熱處理。所得樣品置于管式爐中，在隊保護下程序升溫至900°C (600°C以下升溫速率1°C /min, 600°C?900°C升溫速率5°C /min)保持3h，完成整個碳化過程。碳化后的樣品用5wt%的HF浸漬24h除去模板，然后高速離心用去離子水不斷洗滌，干燥得CMK-3。
[0009](2)CMK-3/Ti02復合物的制備:按照反應原料的配比(質量比)，m(CMK_3):m(Ti02)=0.005?0.1，通過溶膠-凝膠法進行合成；將91111鈦酸四丁醋溶于36ml乙醇，攪拌60min，得到溶液(1)，將4滴濃鹽酸，3ml蒸餾水和36ml無水乙醇混合，得到溶液(2)，將溶液(2)加入到溶液(I)中繼續(xù)攪拌，待形成溶膠后加入一定量的介孔碳CMK-3，繼續(xù)攪拌一段時間后，靜置形成凝膠。將得到的凝膠60°C干燥5h后，置于管式爐中于隊氣氛下以5°C /min的速率升溫至一定溫度(350°C?550°C )，保溫2h，取出，自然冷卻，研磨成粉末，得到不同CMK-3含量的復合材料。其中優(yōu)選方案按照原料質量配比為m(CMK-3):m(T12) =0.01。管式爐中的焙燒溫度設為450 °C。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點:按照此方法所合成的CMK-3/Ti02復合物，利用CMK-3對T1 2進行了改性，樣品具有介孔結構，并含有銳鈦礦型T12和金紅石型T1 2，具有高效的光催化性能，在紫外光下60min內(nèi)對亞甲基藍的降解率接近100%。通過溶膠-凝膠法制備出CMK-3/T12復合物，成本較低、操作簡便。與文獻中的T12復合物和商業(yè)T12相比，具有更高效的光催化降解率。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1:實施例1制備樣品的TEM圖，
圖2:實施例1制備樣品的UV - Vis譜圖，
圖3:不同m(CMK-3):m(T12)制備樣品的隊吸附/脫附等溫曲線及孔徑分布圖(0.5wt%CMK-3/Ti02),
圖4:不同m(CMK-3):m(T12)制備樣品的隊吸附/脫附等溫曲線及孔徑分布圖(lwt%CMK-3/Ti02),
圖5:不同m(CMK-3):m(T12)制備樣品的隊吸附/脫附等溫曲線及孔徑分布圖(5wt%CMK-3/Ti02),
圖6:不同m(CMK-3):m(T12)制備樣品的隊吸附/脫附等溫曲線及孔徑分布圖(10wt%CMK-3/Ti02),
圖7:不同焙燒下制備樣品的XRD譜圖(a: lwt%CMK-3/Ti02-未燒；b: lwt%CMK_3/Ti02-350; c:lwt%CMK-3/