一種二氧化鈦固體光催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種催化劑，特別涉及一種二氧化鈦固體光催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]以納米二氧化鈦為催化劑的光催化技術作為一種有前景的污水處理技術，具有處理速度快，可降解的有機污染物范圍廣，設備簡單，操作方便，同時無二次污染等特點，引起各國的重視，紛紛研制新型有效的二氧化鈦光催化劑，如德國的P25、日本的SSP25。本專利申請人在博士期間已經合成出在紫外光以及可見光照射下，催化能力均優(yōu)于德國P25的二氧化鈦粉末。然而納米二氧化鈦目前處于實驗室研究階段，實用化應用并未大規(guī)模展開。原因有兩點:首先，光催化效率較低。二氧化鈦顆粒的大小、比表面積和分散性是影響其催化效率的關鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，顆粒越小，比表面積越大，催化效果越好。已有研究結果顯示:高度分散的納米二氧化鈦催化劑比大粒徑的粉末二氧化鈦表現(xiàn)出更高的光催化活性。但是二氧化鈦粉體吸水性強，特別是回收后二次使用時容易團聚，從而降低光催化性能，使得單位質量的二氧化鈦利用率低。其次，對于廣泛使用的懸浮水體系而言，納米二氧化鈦粉體還存在沉降困難，回收難度大。雖然已經有各種催化劑固載化的方法，如將光催化劑負載在玻璃片、玻璃纖維金屬網等載體上，解決了分離難題，但使用效率低。目前出現(xiàn)了一種比較受歡迎的固載方法，即將納米二氧化鈦固定在大顆粒粉體上，這樣即對納米二氧化鈦的活性影響較小，又可利用載體較好的沉降性減小催化劑在廢水處理中的損失，解決催化劑的回收重復利用難題。HellerCJ.Phys.Chem.，1996，96(8):3423-3428)制成負載在中空玻璃球上的固定型納米二氧化鈦光催化劑，能飄浮與水面來降解水面石油污染，并完成了中等規(guī)模的室外實驗。但該制備方法工藝復雜，成本高，催化活性較低。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有二氧化鈦光催化劑回收困難、制備工藝復雜、難于產業(yè)化的技術問題，提供一種高光催化活性、方便回收、可長期使用、制造工藝簡單、成本低廉且易于產業(yè)化的二氧化鈦固體光催化劑及其制備方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案具體如下:
[0005]一種二氧化鈦固體光催化劑，該催化劑包括二氧化鈦成分，粒徑分布為Imm?50000mmo
[0006]在上述技術方案中，該催化劑的成分還包括黏土、高嶺土、娃藻土、淀粉或纖維素。
[0007]—種二氧化鈦固體光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將二氧化鈦制成粘度的糊狀物；
[0009](2)將所得到的粘度的糊狀物干燥，待完全干燥后進行高溫煅燒，煅燒溫度為300?2000°C，煅燒時間I?48小時，即可得到二氧化鈦固體光催化劑。
[0010]在上述技術方案中，步驟⑴中還可以加入黏土、高嶺土、硅藻土、淀粉或纖維素成分。
[0011]在上述技術方案中，步驟(I)中所述的粘度的糊狀物根據需要制成球形、立方形、長方形、片狀、棒狀或中空容器的固體形狀。
[0012]在上述技術方案中，煅燒溫度為600?800°C，煅燒時間3?5小時。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明提供的二氧化鈦固體光催化劑，該催化劑結實耐用，不溶于水，也不分散到水中，能以其原有的形狀長時間浸泡到水中進行污染物的降解，方便更換以及重復使用，回收的光催化劑可重復使用4?5次；可以制備成任何需要的形狀，方便使用；可以直接以太陽光為光源，無需外加助劑，也無需消耗其他能源即可完全降解有機污染物，催化活性高，使用壽命長。
[0015]本發(fā)明提供的二氧化鈦固體光催化劑的制備方法，是使用高溫煅燒工藝，將二氧化鈦粉末燒制成可長期重復利用的固體光催化劑。創(chuàng)新性就在于從未有人通過煅燒的方法將二氧化鈦復合材料做成固體。該制備方法簡化了固體二氧化鈦光催化劑的生產工藝，設備簡單、成本低易于規(guī)模化生產，使之能夠方便的應用于大到工業(yè)污水處理、湖泊河流的污水處理、小到家庭生活用水處理、魚缸、游泳池等體系水的凈化。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0017]圖1為本發(fā)明制備的不同粒徑的二氧化鈦固體光催化劑結構示意圖;從圖1的左邊起分別為實施例2制備的粒徑為2mm的球狀二氧化鈦固體光催化劑，實施例1制備的粒徑為5mm的球狀二氧化鈦固體光催化劑和實施例3制備的粒徑為1mm的球狀二氧化鈦固體光催化劑。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明做以詳細說明。
[0019]本發(fā)明提供的一種二氧化鈦固體光催化劑的制備方法，所用的二氧化鈦粉末可市售得到，包含二氧化硅、氧化鋁、少量氧化鎂、碳酸鈣以及三氧化二鐵等成分的黏土、高嶺土和硅藻土可市售得到。
[0020]具體制備過程如下:
[0021](I)將二氧化鈦與黏土、高嶺土、硅藻土、淀粉或纖維素等混合(二氧化鈦質量含量在1%到100%之間)，加入適量水或者氫氧化鈉溶液浸泡，形成具有一定粘度的糊狀物，然后制成需要的形狀，如球形、立方形、長方形、片狀、棒狀或中空容器的固體形狀，固體物粒徑分布在Imm到50000mm之間，然后將制得的催化劑干燥，可以通過晾干、風干等手段干燥。
[0022](2)將完全干燥的催化劑進行高溫煅燒，煅燒溫度為300?2000°C，煅燒時間I?48小時，即可得到二氧化鈦固體光催化劑。優(yōu)選煅燒溫度為600?800°C，煅燒時間3?5小時。
[0023]采用本發(fā)明得到的二氧化鈦固體光催化劑，形狀大小可以自由控制。該催化劑可以直接在日光照射下對含有有機物的污染物羅丹明B進行完全降解。
[0024]對本發(fā)明提供的催化劑的活性可用以下方法測試:
[0025]二氧化鈦固體光催化劑在溶液中對于有機物分解的光催化活性實驗在常溫光照下進行。準確稱量5g 二氧化鈦固體光催化劑，然后放入10mL濃度為20mg/L的有機污染物(以羅丹明B為例)的水溶液中，使用125w飛利浦金屬鹵燈照射一定時間后，對降解結果進行分析。
[0026]實施例1 二氧化鈦質量比含量83%
[0027]1、用3mol/L的氫氧化鈉浸泡過