[发明专利]一种漂浮型聚吡咯-TiO2/漂珠光催化剂、其制备方法及应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，特别是一种漂浮型的聚吡咯-TiO₂/漂珠光催化剂的制备方法，本发明还涉及该光催化剂在可见光波长范围内的光响应性能和在可见光照射下对亚甲基蓝的降解性能。

背景技术

在氧化物半导体中, 锐钛矿型纳米TiO₂光催化活性是最强的, 且具有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本、可以直接利用太阳光等优点，目前已被逐渐应用于废水处理、水纯化以及空气净化等环境领域。但由于其本身禁带宽度较大，光响应范围仅停留在紫外光区，而这部分能量仅占太阳光的不到4%，限制了工业化的应用。改性TiO₂以克服上述缺点成为研究者的主攻方向。目前，常见的改性方法有：掺杂离子、贵金属的沉积、光敏化等技术，其中染料敏化是拓展TiO₂半导体光谱响应范围、提高光电转化和光催化效率的一种有效方法。聚吡咯因其具有良好的环境稳定性以及在可见光区有很强烈的吸收而作为强的供电子体和优良的空穴传输材料，当用聚吡咯对TiO₂进行表面敏化后，可使复合材料的光谱响应范围拓宽到可见光区，还可以提高光生电荷的分离效率，从而使复合材料表现出优良的光电转换性能。但是在废水处理过程中涉及到的TiO₂多为纳米级颗粒，回收困难，容易造成资源的浪费。

漂珠是粉煤灰中一种能浮于水面的空心微珠，其化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主，具有颗粒细、壁薄中空、质量轻、高强、耐磨、耐高温、保温绝缘、绝缘阻燃等多种功能。漂珠良好的物化性能为其实现废物的资源化再利用提供了良好的平台。以漂珠为载体制备的复合光催化剂可以长时间漂浮于水面，充分吸收光能，其良好的吸附性能也可以提高光催化剂的降解效能，并且利于回收和多次重复利用。相比于纯TiO₂/漂珠，该光催化剂对亚甲基蓝具有较好的光催化降解效果。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种能够较长时间漂浮于水面上，便于回收和多次重复利用的漂浮型的聚吡咯-TiO₂/漂珠光催化剂及其制备方法和应用，该催化剂能够实现聚吡咯的成功敏化并可以有效地将复合型催化剂的光响应范围扩展至可见光区域。

本发明所涉及的漂浮型聚吡咯-TiO₂/漂珠光催化剂，载体为漂珠，被聚吡咯敏化的TiO₂以膜层的形式负载在载体上。

所述漂珠是粉煤灰中的一种珠状空心颗粒。

本发明中漂浮型聚吡咯-TiO₂/漂珠复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）漂珠预处理：将从粉煤灰中提取的漂珠用稀硝酸浸泡8~12h，之后用蒸馏水漂洗，直至流出的水呈中性，烘干后备用；

2）以钛酸丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮和超纯水为原料，钛酸丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮和超纯水的摩尔比为1:26:1:0.5~1.5，用浓硝酸调节其pH至3.5~5.5，搅拌使其充分反应，然后加入聚乙二醇，使钛酸丁酯与聚乙二醇的摩尔比为800~1200:1，加热并搅拌使之充分溶解，即得到黄色透明的TiO₂溶胶；

3）向TiO₂溶胶中加入步骤1）预处理过的漂珠载体，使钛酸丁酯与漂珠的质量比为5~10:1，搅拌使之混合均匀，浸渍24 h后，过滤掉多余的溶胶，将滤出的产物烘干，再置于马弗炉中于350~650℃温度下煅烧1.5~2.5 h，煅烧后在空气中冷却至室温，从而制得一次负载的TiO₂/漂珠复合光催化剂；

4）多次负载过程：以步骤3）得到的产物为载体，多次重复步骤2）和步骤3），以制得多次负载的TiO₂/漂珠光催化剂；

5）配制0.003~0.006 g·mL^-1 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA,制备成0.1~0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤4）得到的产物并搅拌60min后过滤,得到漂珠/TiO₂-PDDA；配制0.003~0.006 g·mL^-1 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS,制备成0.05~0.1 wt.% PSS溶液，加入漂珠/TiO₂-PDDA并搅拌30min后过滤,制得漂珠/TiO₂- PDDA-PSS；