[发明专利]一种制备高催化活性天然沸石负载一维TiO2纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体为一种制备高催化活性天然沸石负载一维TiO₂纳米线复合材料的方法和相关工艺参数。

技术背景

水是生命的源泉，是生命存在的必要条件。人类生活、工业生产、农业灌溉等都离不开水。随着现代经济的迅速发展，许多人类活动使得大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水体受到污染。水资源的污染不但恶化整个地球生态，还给人类健康构成了巨大的危害。因此，水污染治理作为环保领域的重要课题受到全球范围的重视。而现有解决水污染的主要方法，如：生物降解法、活性炭吸附法、过滤、化学氧化法等并不能从根本上使污染物无害化。正因为如此，促进了人们对新型治理污染的方法的研究。

自1972年Fujishima和Houda发现了TiO₂电极上可进行光分解水的发现以来，TiO₂光催化材料一直是许多学者研究的热点。纳米TiO₂由于表面光生空穴具有很强的氧化能力，能彻底降解有机物，且具有化学稳定性好、比表面积大、无毒、光催化活性高、适用的污染物广、价廉易得等优点而倍受人们关注，被广泛应用于污染的治理，特别是作为光催化剂降解工业污水，在紫外光的照射下，短时间内能使污水中的有机物彻底转化为CO₂、H₂O及其它有机物。

纳米TiO₂光催化剂的应用主要有两种形式：悬浮型和负载型。但通常的悬浮相光催化法存在着催化剂易失活、回收难、费用高等缺点，而负载型TiO₂催化剂易分离、便于回收、可重复适用，是当前半导体光催化材料领域研究的热点之一。负载型纳米TiO₂光催化剂常用的载体有：粘土、玻璃纤维、SiO₂、活性碳、沸石等。

尽管负载TiO₂的载体众多，但实验表明大多数负载型纳米TiO₂光催化剂的活性比单纯纳米TiO₂颗粒有不同程度的降低。沸石是一种含水的架状结构、多孔铝硅酸盐矿物，具有较大的比表面积、强的离子交换能力和吸附性能，在其结构中可以形成稳定的、分子尺寸的半导体纳米团簇，因而沸石负载型光催化剂显示出比其它载体更高的活。而且天然沸石原料来源丰富、价格低廉，具有不亚于合成沸石的离子交换吸附性能，是一种很有前景的光催化剂载体。

目前存在的主要问题是：在传统的沸石负载TiO₂纳米颗粒光催化体系中，对于有机物的降解主要源于沸石的吸附作用和TiO₂的光催化作用，而沸石表面负载TiO₂纳米颗粒后，复合物的比表面积往往降低，不利于有机物的吸附和降解。而且，研究表明，一维纳米线(管)材料比表面积高且易于电子空穴分离，在光催化领域显示出较好的发展前景。为了进一步改善沸石负载TiO₂纳米复合材料的光催化活性，本发明以采用溶胶凝胶/水热合成法制备天然沸石负载一维TiO₂纳米线复合材料，充分利用天然沸石的吸附性能及TiO₂纳米线高的比表面积和光催化活性，提高复合材料的催化性能，并解决传统纳米TiO₂光催化剂回收难等问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高催化活性天然沸石负载一维TiO₂纳米线复合材料的制备方法和相关工艺参数。

一种适合制备天然沸石负载一维TiO₂纳米线复合材料的方法。该制备方法为溶胶凝胶/水热合成法。首先，以钛酸丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)为前驱体，二乙醇胺为络合剂，无水乙醇为溶剂，配制TiO₂溶胶；然后，采用浸渍法，在经酸处理的天然沸石上负载TiO₂溶胶，干燥、煅烧；最后，将负载TiO₂的沸石放置NaOH水溶液中，在一定温度下进行水热反应；所得产物用去离子水洗涤并置于稀HCl溶液中浸渍一定时间；再将所得产物洗涤、烘干、煅烧，即可得到天然沸石负载一维纳米TiO₂复合材料。