[发明专利]一种介孔钛酸钡光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体为一种用于光催化降解有机污染物的介孔钛酸钡光催化剂及其制备方法。

背景技术

自1972年发现氧化钛的光催化作用以来，全球对光催化材料的制备及其光催化性能的研究已取得了很大进展。在紫外光或可见光照射下，氧化钛体现出了较高的光催化降解有机物及光解水制氢能力。但由于目前应用较多的氧化钛粉体颗粒度较小，将其用于水体净化时，不易从水体中分离回收；而且氧化钛的带隙较宽，只能吸收波长小于386.5nm的紫外光，如果用紫外灯作为光催化光源，会造成大量的能源浪费。

研究结果表明，钙钛矿型氧化物也是一类光催化剂，在紫外光或可见光照射下同样能产生光生电子和光生空穴，进而与吸附在催化剂表面的H₂O、O₂等反应生成·OH、·O₂H、·O^2-等活性物种，因此钙钛矿型氧化物也可有效地降解有机物分子，因而其作为光催化剂进行光降解有机物的研究日益受到重视。钛酸钡是一种典型的具有钙钛矿结构的电子陶瓷材料，具有高的介电常数、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，广泛用于制作高电容率电容器和各种敏感元件，具有广泛的用途。钛酸钡在室温下是四边形的晶体结构，高于居里点(125℃)后是立方体钙钛矿结构，这种结构的材料具有作为光催化剂的潜力。文献“Photodegradation ofphenol and 4-chlorophenol by BaO-Li₂O-TiO₂ catalysts E.Leyvaa，E.Moctezuma，M.G。Ruíz，L.Torres-Martínez Catalysis Today 40(1998)367～376”评价了掺锂钛酸钡作为光催化剂降解苯酚的能力，但所得催化剂为纳米粉体，仍然无法解决催化剂与被净化水体的分离难题。

近十年来，介孔材料合成技术的迅速崛起给多相催化带来了新的机遇，也赋予催化材料新的性质和功能，因而大大拓宽了催化材料的应用领域。介孔材料具有粒径小、比表面积大、粒径孔径分布均匀、孔排列有序等突出特点，适宜用作催化剂和载体。将钙钛矿型钛酸钡制成带介孔结构的粒子，可获得高比表面积的催化材料。介孔结构的存在有利于反应物和产物分子的扩散，从而克服了体相分子受传质限制的缺点。因此，可以预测介孔结构的钙钛矿型钛酸钡可能被用于室内空气净化以及消除水体中有机污染物等方面，而采用模板合成法则有可能成功地制备出介孔钙钛矿钛酸钡。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于降解有机污染物的具有光催化活性、大比表面积和大颗粒直径的介孔钛酸钡光催化剂及其制备方法。该光催化剂不但保持了纳米钛酸钡粉体的催化活性，而且容易分离回收。

本发明提出的用于降解有机污染物的介孔钛酸钡光催化剂，具有独特的介孔结构，比表面积在92～153平方米/克，孔径约为2.2纳米，由钙钛矿晶型的钛酸钡纳米晶粒(见附图1)团聚堆积而成颗粒尺寸为5～30微米的团聚体。该介孔光催化剂的微观结构见附图2。

本发明的介孔钛酸钡光催化剂的制备方法，包括水热合成过程和后处理过程，利用氯化钡和钛酸酯为原料，嵌段共聚体表面活性剂为结构导向剂，采用硝酸为水解催化剂，用水热合成法制得的钛钡复合氧化物凝胶，在380～550℃下焙烧脱除嵌段共聚体表面活性剂后，得到介孔钛酸钡光催化剂。

该介孔钛酸钡光催化剂采用水热法合成，其中钛的来源为钛酸酯，钡的来源为氯化钡，合成时各组份的摩尔比为氯化钡∶钛酸酯∶水∶嵌段共聚体表面活性剂＝1∶5～7∶556∶0.14～0.175。

本发明提出的用于降解有机污染物的介孔钛酸钡光催化剂的具体制备方法如下：

在浓度为80～100克/升的嵌段共聚体的水溶液中加入氯化钡使之与水的质量比为1∶41，不断搅拌至完全溶解，逐滴加入3摩尔/升的硝酸，调节pH值为2～4，将摩尔比为钡∶钛为1∶5～1∶7的钛酸酯逐滴加入到上述溶液中，不断搅拌得到复合溶胶。该复合溶胶随后在室温下陈化3小时，后转移至高压釜内在140～160℃下密封晶化12～36小时后，取出凝胶化复合氧化物，过滤，洗涤，在100～120℃下干燥脱水，干凝胶于380～550℃保温3小时高温焙烧，脱除结构导向剂，并使钛酸钡晶化，即得介孔钛酸钡光催化剂。