[发明专利]一种纳米复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合光催化剂，其组分包括二氧化硅：碳：二氧化钛，且二氧化硅：碳：二氧化钛质量比为4：(0.5‑1)：(0.5‑1)，二氧化钛和碳负载在二氧化硅上，二氧化钛颗粒粒径在45‑55nm左右。其制备以新型矿物为原料，新型矿物包括晶态组分和非晶态组分，晶态组分占矿物质量分数的78.61％，非晶态组分占矿物质量分数的21.39％；晶态组分包括石英、黄铁矿、高岭石和云母，石英占所述晶态组分质量分数的91％；非晶态物质包括水、单质碳和有机物，单质碳占所述非晶态组分质量分数的95.1％；制备过程包括：新型矿物焙烧去除有机物，湿法研磨；然后将钛酸丁酯的无水乙醇溶液与之混合，再经烘干、煅烧。

技术领域

本发明是关于无机非金属材料和纳米复合光催化剂技术领域，特别是关于一种纳米复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业时代的迅猛发展，空气和水中的有机污染物也随之增加，因此带来了一系列的环境问题。水资源在人类的发展过程中起着至关重要的角色，但是在地球的天然水中，淡水资源只占到了很小的一部分。我国在工业用水量上远远高于发达国家，且对水体的污染十分严重，所以找到一种对环境友好且处理成本低，简单高效的污染物治理方法具有重要意义。TiO₂光催化作用已经被证明是一种能够有效处理空气与水中有机污染物的方法，具有价格低廉、化学性质稳定，无二次污染等优点，逐渐成为光催化领域的研究热点。

TiO₂虽然在光催化方面具有许多优点，但是在实际的生产应用过程当中仍然存在一些的问题：(1)可见光的利用率比较低，TiO₂禁带宽度较宽，对太阳光的响应效果不好，需要在紫外光下才能有较好的光催化效果，导致降解成本过高；(2)容易发生团聚，导致其比表面积降低，部分光催化剂无法吸收光照，光催化效率降低；(3)难以回收利用，在悬浮体系当中，纳米二氧化钛光催化剂难以分离回收再利用，导致浪费。因此，解决纳米TiO₂光利用率低和难以回收利用的问题，对于实现光催化剂实际生产应用具有十分重要的意义。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米复合光催化剂及其制备方法，以解决纳米级TiO₂光利用率低和难以回收利用的问题，该方法以经过超细研磨之后的新型矿物(丰城土)为载体，钛酸丁酯为钛源，通过溶胶凝胶法制备纳米复合光催化剂。与现有的制备光催化剂方法相比，新型矿物天然具有介孔SiO₂和碳，无需额外添加碳源，同时由于丰城土中的介孔结构，能够极大的增加复合光催化剂的比表面积，其中的碳颗粒不仅能够与TiO₂掺杂形成缺陷，使得复合光催化剂对光吸收阙值红移，可见光响应提高，还可以对污染物进行特性吸附，使得复合光催化剂兼具吸附-降解性能，提高光催化剂处理污染物的能力。所述方法制备的光催化剂光催化活性高，不额外引入碳源，适合工业化生产。

为实现上述目的，本发明提供了一种一种纳米复合光催化剂，其组分包括二氧化硅：碳：二氧化钛，其中二氧化硅：碳：二氧化钛质量比为4：(0.5-1)：(0.5-1)，所述二氧化钛和碳负载在二氧化硅上，二氧化钛颗粒粒径在45-55nm范围内。

本发明同时提供了上述纳米复合光催化剂的制备方法，它以新型矿物为原料，所述新型矿物包括晶态组分和非晶态组分，所述晶态组分占矿物质量分数的78.61％，非晶态组分占矿物质量分数的21.39％；所述晶态组分包括石英、黄铁矿、高岭石和云母，石英占所述晶态组分质量分数的91％；所述非晶态物质包括水、单质碳和有机物，单质碳占所述非晶态组分质量分数的95.1％；所述方法包括如下步骤：

S1、取所述新型矿物，烘干焙烧以去除微量有机物，然后与无水乙醇混合置于纳米磨中研磨，得到新型矿物浆料；

S2、将钛酸丁酯与无水乙醇混合，搅拌均匀后获得钛酸丁酯溶液；