[发明专利]一种负载型光催化复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种光催化材料的制备领域，特别涉及一种负载型的纳米光催化复合材料的制备方法。

背景技术

光催化氧化技术是在废水处理中最具有发展潜力的技术之一，它能使废水中的染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类等污染物降解为小分子物质，进一步处理或矿化为环境友好的无机物质。在处理废水污染物的光催化材料中，二氧化钛因其光催化效果好，性能稳定，价格优廉且安全无污染，成为目前应用最广泛的材料。但二氧化钛存在禁带宽度大，光量子产率低，对太阳能的利用率低，催化剂易失活，回收难，比表面积小等问题，解决以上问题常用的有效方法是对二氧化钛进行改性或将其固定到负载剂表面，因此光催化剂的改性及固定化研究成了光催化氧化降解废水有机物研究的热点。

对光催化剂的改性通常可采取减小催化剂粒径、掺杂过渡金属、惰性金属表面沉积、表面光敏化及复合半导体等方法来增加载流子的俘获，降低电子-空穴对的复合几率来解决光量子效率问题。由于多种过渡金属离子具有比二氧化钛更宽的光吸收范围，可更有效地利用太阳能。稀土元素的电子能级更多，可以吸收或发射从紫外光区、可见光区到红外光区的各种波长的电磁波辐射。

经改性后的二氧化钛虽然能够增强其对太阳能的敏感度，但仍然存在难以回收、投入量大等问题，于是很多研究者考虑将光催化剂固定到某种载体上。但通常将光催化剂固定在载体上会减弱二氧化钛的光催化氧化性能，因此，选择性能稳定、比表面积大、吸附性强的多孔材料作为光催化剂的载体较为理想。负载型催化剂吸附被降解物，使被降解物与催化剂接触机率增加，这样不仅可提高降解效率，而且有利用催化剂回收分离。

1932年，首次出现了“分子筛”的概念，表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料。其中沸石是分子筛中最具代表性的一种材料，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物，常被用作离子交换剂、吸附分离剂、干燥剂、催化剂、水泥混合材料等。在环境保护方面，也可用于气体的干燥、净化，从废水废液中脱除或回收金属离子，脱除废水中放射性污染物等。沸石为多孔吸附剂，具有较大的比表面积和吸附能力，这恰好是纳米二氧化钛的不足之处，因此常被用作光催化剂的负载材料。

本发明将改性后的二氧化钛负载到沸石上能充分发挥二者的特性，从而有利于光催化活性的提高。

发明内容

溶胶-凝胶法在室温下即可进行，工艺调控简便，不产生大量废液，且生成的凝胶中粒子结构固定化，制备的粉体粒度细而均匀且分散性好。本发明采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛。

本发明的具体步骤为：

1.准确量取一定量的钛源化合物，在强烈搅拌下将其缓慢倒入无水乙醇中，然后加入一定量的抑制剂，用来延缓前驱体的水解，再加入配制好的一定浓度的酸溶液来调节pH，最后用磁力搅拌器连续搅拌30-120min；

步骤1中的前驱体为TiCl₄ 、钛酸四丁酯、异丙醇钛等钛的无机盐或钛的有机物，抑制剂为乙酰丙酮或二乙醇胺，酸溶液可以为冰醋酸、盐酸和硝酸的一种。

2.取一定比例的去离子水和无水乙醇混合均匀；

步骤2中的去离子水与无水乙醇的体积比为1:（3-6）。

3.将步骤1和步骤2得到的溶液混合，边搅拌边加入事先配制好的稀土硝酸溶液，再继续搅拌，并经超声波清洗机振荡，得到稀土掺杂的二氧化钛溶胶，再继续搅拌即为凝胶；

步骤3中稀土源为镧、铈、镨的化合物，稀土硝酸溶液制备方法为准确称量稀土化合物，用适量硝酸溶液充分溶解得到；稀土(RE)掺杂量为0.10%-0.65%。

4.将精选的沸石载体浸入步骤3得到的稀土二氧化钛凝胶中，混合均匀，使其在一定温度或自然状态下凝固陈化一定时间，经烘箱干燥，再放入马弗炉中高温煅烧，最后经研磨即得到负载型光催化复合材料；

步骤4中沸石是多孔的天然沸石或人造沸石；沸石负载量为10%-55%；

步骤4中凝胶在室温下陈化8-24h，放置于烘箱中以80℃-105℃干燥5-10h，最后放入马弗炉中煅烧温度为300-700℃，煅烧时间为1-6h。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，其他的任何未背离本发明的实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

实施例 1