[发明专利]一种具备原位再生功能的吸附催化剂的合成方法

说明书

本发明公开了一种具备原位再生功能的SiO₂/TiO₂/AC复合吸附催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备氧化硅前驱体溶液A；2)利用N₂H₄·H₂O修饰的活性炭；3)将N₂H₄·H₂O修饰的活性炭加入硅前驱体溶液A中得到预处理活性炭B；4)制备氧化钛前驱体溶液C；5)将预处理活性炭B加入到氧化钛前驱体溶液C中，混合后干燥得到SiO₂/TiO₂/AC复合吸附催化剂。根据本发明的制备方法无需高温烧结，因此不会使得AC的结构坍塌；另一方面，利用SiO₂作为惰性隔离层粘结TiO₂分子保护基底材料；同时在光激发条件下，纳米TiO₂可以通过激发活性氧物质降解活性炭上吸附的有机分子再生活性炭吸附位，从而具有长期稳定的原位再生吸附能力。

技术领域

本发明涉及工程纳米材料制造领域，特别涉及一种具有具备原位再生功能的SiO₂/TiO₂/活性炭的复合吸附催化剂材料的合成方法。

背景技术

利用活性炭(AC)吸附分离和去除污染物是工业上最广泛的单元操作，具有广谱、高效、低成本的优点。然而，吸附饱和的活性炭由于富集了有毒有害的污染物质，作为危废储存和处置存在较大的安全风险。

低成本、高效率活性炭原位再生技术及产品一直受到广泛关注。化学溶剂再生的操作复杂，且产生大量浓缩废物流。电化学再生需要昂贵的化学品，导致高昂的运营成本。微生物再生通常是耗时且有效的仅可生物降解化合物。热再生是最成熟的工业处置方法，但热再生的能源成本仍然是工业的严重制约因素。同时，热再生需要场外再生，会造成相当大的碳损失(5-10％)，如果活性炭被非挥发性有机化合物饱和，则会导致再生不完全。此外，热再生过程脱附出来的大量浓缩废物流依然需要进一步的净化处理。

传统的以钛酸四丁酯溶胶凝胶工艺应用于TiO₂/AC复合物，通常需要500度左右烧结结晶过程，这不仅会导致AC的结构坍塌，比表面积减小，TiO₂高温晶体长大和聚集也会导致光催化剂活性降低。此外，在TiO₂催化氧化过程中，所产生的OH自由基等强氧化性物质也会对基底碳材料氧化，使得负载TiO₂分子脱落。

例如中国专利CN114073934A公开了一种活性炭复合材料及其制备方法，包括在活性炭表面上复合P25二氧化钛和具有表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒形成复合材料。其制备方法包括首先制备P25二氧化钛和具有表面等离子体共振效应的金属前驱体的悬浮液，然后调节pH值得到负载有金属氢氧化物颗粒的P25二氧化钛，在将得到的负载有金属氢氧化物颗粒的P25二氧化钛通过粘合剂粘附在活性炭颗粒表面，最后烧结得到活性炭复合材料。

中国专利CN110302804B公开了一种VS₄-TiO₂/AC光催化剂，包括VS₄、TiO₂和活性炭，所述VS₄和TiO₂复合后负载在活性炭上，其制备方法包括步骤：活性炭的预处理，水热反应制备VS₄粉末颗粒，加入钛酸四丁酯溶液，调节pH至酸性，然后加入预处理的活性炭搅拌得到活性炭和凝胶的混合体，经过陈化、烘干、煅烧等后处理工艺得到VS₄-TiO₂/AC光催化剂。

中国专利CN110732319公开了一种木质活性炭本体负载二氧化钛材料的制备方法，包括步骤：将木质材料进行水热处理，得到预处理试材；将所述预处理试材置于钛酸四丁酯溶液中，进行第一浸渍处理；将所述第一干试材进行炭化处理，得到炭化试材；将所述炭化试材置于磷酸溶液中，进行第二浸渍处理，烘干，得到第二干试材；将所述第二干试材进行活化处理，得到木质活性炭本体负载二氧化钛材料。