[发明专利]Cu2O/TiO2复合光热催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机功能材料和精细化工制备技术，是一种Cu₂O/TiO₂复合光热催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，TiO₂光催化技术已成为最受人们青睐的一种绿色环保型水处理技术，该光催化技术被称为“绿色技术”和“环境友好技术”，光催化技术以其活性高、氧化能力强、操作简便、能矿化绝大多数有机物和无二次污染等突出优点在有机污染废水的处理中表现出其独特的降解特性，然而，太阳光效率低、纳米级难分离、激发光穿透力弱等缺点严重制约了其在有机废水降解中的实际应用。因此，国内外研究学者针对TiO₂的结构特性和物化特性对其进行了大量的负载掺杂等改性研究，并取得了很多有价值的研究成果。

热催化技术是一种很传统的化学方法，提高反应体系的温度可有效提高反应体系中分子的运动速率和分子间碰撞机率，进而促进反应速率。研究表明，兼具光催化技术和热催化技术的光热协同催化技术在遵循Mars-van Krevelen氧化还原循环理论的基础上，表现出了很高的催化效应。而且，还发现在较高反应温度下光催化过程与热催化过程的耦合是一种崭新的反应途径，而不是催化剂光催化性能与热催化性能的简单叠加。学者王光平对混晶Zr掺杂Pt/TiO₂光热催化氧化苯的研究表明光热催化的速率常数是单一光催化的2.46倍，单一热催化的7.89倍，光催化与热催化线性加和的1.87倍，这表明光热催化过程存在协同强化作用。

发明内容

本发明目的是提供了一种Cu₂O/TiO₂复合光热催化剂的制备方法，本发明以钛酸丁酯为钛源，以0.1mol/L的盐酸乙醇溶液为钛酸丁酯水解缓冲液，首先采用溶胶凝胶法制备纳米TiO₂催化剂粉体，然后以制备的纳米TiO₂催化剂粉体为载体，采用原位复合法将纳米TiO₂催化剂粉体与Cu₂O复合，制备成具有光热催化效应的Cu₂O/TiO₂复合光热催化剂。

为实现上述目的，本发明Cu₂O/TiO₂复合光热催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）钛酸丁酯水解缓冲液的配制

将8.52ml质量分数为36%～38%的浓盐酸，加入到已装有无水乙醇溶剂的1000ml容量瓶中配制成的0.1mol/L的盐酸乙醇溶液作为钛酸丁酯水解缓冲液；

（2）纳米TiO₂催化剂粉体的制备

制备原料:钛酸丁酯、无水乙醇、钛酸丁酯水解缓冲液、蒸馏水。

反应物质体积比为：钛酸丁酯：无水乙醇：钛酸丁酯水解缓冲液：蒸馏水+钛酸丁酯水解缓冲液=10:10:20-50:2.1+5；

在15℃-35℃温度下，将钛酸丁酯和无水乙醇置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到钛酸丁酯组分，记为X组分；将蒸馏水与水解缓冲液置于梨形分液漏斗中混合均匀，得到蒸馏水组分，记为Z组分；取20ml-50ml水解缓冲液置于烧杯中，并将烧杯置于机械搅拌器下进行搅拌，得到水解缓冲液体系，记为Y组分；将X组分和Z组分滴加到Y组分中，得到钛酸丁酯水解体系，通过钛酸丁酯的水解-缩聚反应来实现纳米TiO₂催化剂的制备；

同时向Y组分中滴加X组分和Z组分，滴加期间对钛酸丁酯水解体系进行机械搅拌，形成溶胶，继续搅拌，直至形成凝胶，停止搅拌。将凝胶体系放置陈化12h-24h，在温度为100℃-120℃范围内烘干12h-24h，形成金黄色固体颗粒，置于马弗炉中热处理晶化成型，在400℃-700℃中灼烧2h-5h后，冷却、研磨、过500目标准筛，即得到纳米TiO₂催化剂粉体。

（3）Cu₂O/TiO₂复合光热催化剂的制备