[发明专利]一种二氧化钛/羟基磷灰石复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂制备技术领域，尤其涉及一种能够降解有机污染物的二氧化钛/羟基磷灰石复合光催化剂的制备方法。

背景技术

地球上的水资源十分宝贵，但是遭受着各种各样的污染而产生了例如工业废水和生活废水等含有大量有机无机污染物的污水，这些污水如果直接排放到自然水源中会造成更大的污染，例如，许多疾病就是通过水中的细菌等微生物进行传播的。因此，污水处理一直备受人们的关注。

传统的污水处理方法是在水中添加氯，然而氯与水中的有机物发生反应会产生包括三卤甲烷、卤乙酸等许多致癌的副产物。另外，很多微生物对于氯化作用产生了抗性，需要更大的剂量才能使其彻底失活，但是较高剂量的氯也使饮用水的气味加重、口感严重下降。因此，人们开始努力寻找更健康、更高效、对水质影响更小的处理方法，包括臭氧处理、二氧化氯处理、过滤、紫外辐射杀菌等。这些方法虽然能有效地对饮用水进行净化处理，但是需要昂贵的化学制品或者处理设备，极大地限制了实际应用。

自从1985年发现光催化作用具有消毒效果以来，利用二氧化钛光催化进行污水处理越来越受到人们的重视。二氧化钛一般以悬浮液的形式分散于水中，在紫外光照条件下进行污水处理。在此过程中，二氧化钛光催化产生氢氧自由基等基团，这些集团具有极强的氧化性，能够将几乎所有有机污染物，包括细菌、病毒等微生物彻底氧化，最终转变为无毒的二氧化碳、水等。然而，由于二氧化钛的吸附能力不强，污染物不能很好地与其接触，另外，二氧化钛的生物活性不强，细菌等微生物在其表面的贴附效果有限，这些因素均限制了二氧化钛光催化进行污水处理的效果。因此，在污水处理中，提高二氧化钛光催化材料的吸附性能及生物活性，尤其是当污染物浓度较低时，显得尤为重要。

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂,HA)是人体骨骼的主要成分之一，具有极好的吸附性能和生物相容性。在二氧化钛中添加羟基磷灰石，能够有效提高二氧化钛的吸附性能和生物活性，从而提高二氧化钛的光催化处理效果。但是，目前通常采用机械混合的方法将二氧化钛和羟基磷灰石粉末进行简单混合，混合后成分并不均匀，导致羟基磷灰石与二氧化钛的结合效果并不好。因此，寻找一种操作简单、成本低廉，能够制得羟基磷灰石与二氧化钛混合均匀、结合良好的二氧化钛/羟基磷灰石复合粉末的方法已成为光催化剂制备领域中的重要课题。

发明内容

本发明的技术目的是针对利用目前的制备方法所得到的二氧化钛/羟基磷灰石复合光催化材料成分不均匀，二氧化钛和羟基磷灰石结合效果不佳的问题，提供一种制备二氧化钛/羟基磷灰石复合光催化剂的新方法，利用该方法得到的复合粉末中二氧化钛与羟基磷灰石结合良好，成分均匀，从而具有较强的催化降解能力。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种二氧化钛/羟基磷灰石复合光催化剂的制备方法，如图1所示，该方法首先以磷酸氢二铵（(NH₄)₂HPO₄）和硝酸钙（Ca(NO₃)₂）溶液为原料，利用湿化学法制备羟基磷灰石前驱体浆料，即在硝酸钙溶液中搅拌滴入磷酸氢二铵溶液，使混合溶液中钙磷元素的摩尔比大体为5:3（即混合溶液中钙磷元素的摩尔比为5:3或者约为5:3），在该混合过程中采用搅拌滴入氨水的方法以调节混合溶液的PH值为10～14，制得羟基磷灰石前驱体浆料；然后，在该羟基磷灰石前驱体浆料中搅拌加入适量二氧化钛粉末，或者保持该羟基磷灰石前驱体浆料熟化一定时间后搅拌加入适量二氧化钛粉末，羟基磷灰石前驱体浆料在二氧化钛存在的条件下继续熟化，使羟基磷灰石在二氧化钛粉末表面析出并形核长大，形成二氧化钛/羟基磷灰石复合浆料；最后，将二氧化钛/羟基磷灰石复合浆料中的沉淀进行洗涤、干燥，得到二氧化钛/羟基磷灰石复合粉末。

所述的湿化学法制备羟基磷灰石前驱体工艺中，硝酸钙溶液浓度优选为0.25～2.5摩尔/升，磷酸氢二铵溶液浓度优选为0.15～1.5摩尔/升。

所述的二氧化钛可以是单一二氧化钛粉末，也可以是多种二氧化钛的复合粉末；其晶相包括但不限于锐钛矿、金红石相及其混合相；其粉末粒径不限，一般为5纳米～500微米；其微观形貌包括但不限于棒状、球状、片状、针状等。

作为优选，所述的磷酸氢二铵溶液的滴入速度为1毫升/分～10毫升/分。