CN101301605A - 负载型纳米复合氧化物环境净化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种负载型纳米复合氧化物环境净化材料及其制备方法，它是以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、以及纳米ZnO和纳米CeO₂中的一种。其制备方法是用硅藻土和沸石制备载体；以无水乙醇为介质，以硝酸锌和/或硝酸铈及钛酸丁酯为原料，制得复合氧化物前驱体溶胶；将复合氧化物前驱体溶胶负载在载体上制得负载体；最后将负载体干燥、焙烧、冷却后得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。该材料具有良好的过滤、吸附、离子交换、催化降解及抗菌功能，化学稳定性好，使用、回收、再生方便，安全、无毒，制备工艺简单，成本低，适于批量生产。广泛用于空气及水体的净化处理。

Description

负载型纳米复合氧化物环境净化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环境净化材料及其制备方法，特别是涉及一种负载型纳米复合氧化物环境净化材料及其制备方法。

背景技术

环境污染的控制与治理，是人类21世纪面临和亟待解决的重大课题，开发能将各种污染物过滤、吸附并降解至无害化的实用技术，是解决水污染和空气污染等环境问题的有效途径。中国专利CN1792427公开了一种膨胀珍珠岩负载掺杂纳米二氧化钛催化剂及其制备方法。它是以膨胀珍珠岩为载体，负载掺杂纳米晶粒TiO₂层，它还掺杂有La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb或Lu，以钛酸脂或硫酸氧钛为前驱体制备溶胶，将溶胶负载于膨胀珍珠岩上，自然干燥和烘干，煅烧。再将煅烧所得的纳米晶粒TiO₂催化剂浸渍稀土金属的硝酸盐或氯化物溶液中，洗涤，100℃烘干，再于500℃热处理，煅烧即可。但膨胀珍珠岩的比表面积小，一般为4m²/g，其内部微孔通常为规则囊状，微孔连通性差，使得其过滤吸附效果较弱，负载的光催化剂活性也不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种具有良好的过滤、吸附、离子交换、催化降解及抗菌功能，化学稳定性好，使用、回收、再生方便，安全、无毒，且制备工艺简单，成本低的负载型纳米复合氧化物环境净化材料及其制备方法。

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、以及纳米ZnO和纳米CeO₂中的一种，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的70～90％，纳米氧化物为材料总质量的10～30％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶0.5～2，，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶ZnO∶CeO₂＝1∶X∶(1-X)，其中，0≤X≤1。

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下物，按比例取硅藻土和沸石，用重量百分浓度5％的盐酸浸泡2～5小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于80～90℃温度下烘干2～5小时，再于200～300℃温度下焙烧2～3小时，取出冷却，得载体备用。其中，按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶0.5～2，硅藻土和沸石为市售工业级。

2)按比例将硝酸锌和/或硝酸铈溶解于无水乙醇中，加入市售浓盐酸(38％)后在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水并继续搅拌20～60分钟，得复合氧化物前驱体溶胶。其中，无水乙醇、浓盐酸及蒸馏水的用量按质量比计分别是，硝酸盐∶无水乙醇＝100∶300～500，硝酸盐∶浓盐酸＝100∶8～28，硝酸盐∶蒸馏水＝100∶35～80。硝酸盐及钛酸丁酯为化学纯或分析纯，以分析纯为好。

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌2～8小时后于80～120℃温度下通风干燥4～8小时，得负载体。

4)将3)所述的负载体以1～3℃/分的升温速度升温至400～600℃，并保温1～5小时，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料的优点在于，其一，利用和发挥了硅藻土、沸石和纳米复合氧化物之间的协同作用，具有良好的过滤、吸附、离子交换、催化降解和抗菌能力，过滤吸附效果好，光催化活性高，抗菌效果好；其二，易回收再利用，其相应处理成本较低；其三，化学稳定性好，无毒无害，使用方便、安全；其四，制备工艺简单易行，生产成本较低，适于批量生产。可广泛用于水体和空气的净化处理。

具体实施方式

实施例1

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、纳米ZnO和纳米CeO₂，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的70％，纳米氧化物为材料总质量的30％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶1，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶ZnO∶CeO₂＝1∶0.5∶0.5。

制备方法步骤如下：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下硅藻土350g和沸石350g，用浓度5％的盐酸5000g浸泡3小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于90℃温度下烘干2小时，再于200℃温度下焙烧3小时，取出冷却，得载体备用。

2)将275g硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O和190g硝酸铈Ce(NO₃)₂·6H₂O溶解于1810g无水乙醇中，加入浓盐酸85g，在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯640g，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水277g，继续搅拌30分钟，得复合氧化物前驱体溶胶。

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌8小时后于100℃温度下通风干燥6小时，得负载体。

4)将3)所述的负载体以2℃/分的升温速度升温至500℃，并保温2小时，取出冷却，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。

实施例2：

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、纳米ZnO，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的70％，纳米氧化物为材料总质量的30％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶2，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶ZnO＝1∶1。

制备方法步骤如下：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下硅藻土233g和沸石467g，用浓度5％的盐酸5000g浸泡2小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于80℃温度下烘干5小时，再于300℃温度下焙烧2小时，取出冷却，得载体备用。

2)将550g硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O溶解于1660g无水乙醇中，加入浓盐酸42g，在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯640g，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水146g，继续搅拌60分钟，得复合氧化物前驱体溶胶。

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌7小时后于120℃温度下通风干燥4小时，得负载体。

4)将3)所述的负载体以2℃/分的升温速度升温至550℃，并保温2小时，取出冷却，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。

实施例3：

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂和纳米CeO₂，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的70％，纳米氧化物为材料总质量的30％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶0.5，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶CeO₂＝1∶1。

制备方法步骤如下：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下硅藻土467g和沸石233g，用浓度5％的盐酸5000g浸泡3小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于80℃温度下烘干5小时，再于300℃温度下焙烧2小时，取出冷却，得载体备用。

2)将380g硝酸铈Ce(NO₃)₂·6H₂O溶解于1900g无水乙醇中，加入浓盐酸107g，在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯640g，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水320g，继续搅拌20分钟，得复合氧化物前驱体溶胶。

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌7小时后于80℃温度下通风干燥8小时，得负载体。

4)将3)所述的负载体以3℃/分的升温速度升温至600℃，并保温1小时，取出冷却，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。

实施例4

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、纳米ZnO和纳米CeO₂，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的80％，纳米氧化物为材料总质量的20％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶1，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶ZnO∶CeO₂＝1∶0.7∶0.3。

制备方法步骤如下：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下硅藻土400g和沸石400g，用浓度5％的盐酸5000g浸泡4小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于90℃温度下烘干4小时，再于300℃温度下焙烧2小时，取出冷却，得载体备用。

2)将183g硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O和126g硝酸铈Ce(NO₃)₂·6H₂O溶解于1207g无水乙醇中，加入浓盐酸43g，在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯426g，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水170g，继续搅拌40分钟，得复合氧化物前驱体溶胶。

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌4小时后于100℃温度下通风干燥4小时，得负载体。

4)将3)所述的负载体以1℃/分的升温速度升温至450℃，并保温4小时，取出冷却，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。

实施例5

本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、纳米ZnO和纳米CeO₂，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的90％，纳米氧化物为材料总质量的10％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶0.8，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶ZnO∶CeO₂＝1∶0.4∶0.6。

制备方法步骤如下：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下硅藻土500g和沸石400g，用浓度5％的盐酸5000g浸泡5小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于90℃温度下烘干5小时，再于300℃温度下焙烧3小时，取出冷却，得载体备用。

2)将109g硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O和177硝酸铈Ce(NO₃)₂·6H₂O溶解于1230g无水乙醇中，加入浓盐酸43g，在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯426g，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水142g，继续搅拌20分钟，得复合氧化物前驱体溶胶。

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌2小时后于80℃温度下通风干燥6小时，得负载体。

4)将3)所述的负载体以2℃/分的升温速度升温至400℃，并保温5小时，取出冷却，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。

Claims (2)

1、一种负载型纳米复合氧化物环境净化材料，其特征在于它是以硅藻土和沸石为载体，负载纳米TiO₂、以及纳米ZnO和纳米CeO₂中的一种，其中，硅藻土和沸石为材料总质量的70～90％，纳米氧化物为材料总质量的10～30％；硅藻土和沸石的配合比按质量比计是硅藻土∶沸石＝1∶0.5～2，纳米氧化物的配合比按质量比计是TiO₂∶ZnO∶CeO₂＝1∶X∶(1-X)，其中，0≤X≤1。

2、一种权利要求1所述负载型纳米复合氧化物环境净化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将硅藻土和沸石过100目筛，取筛下物，用重量百分浓度5％的盐酸浸泡2～5小时，取出后用蒸馏水洗涤3次，于80～90℃温度下烘干2～5小时，再于200～300℃温度下焙烧2～3小时，取出冷却，得载体备用；

2)按比例将硝酸锌和/或硝酸铈溶解于无水乙醇中，加入浓盐酸后在搅拌条件下缓慢加入钛酸丁酯，搅拌，然后再缓慢滴加蒸馏水并继续搅拌20～60分钟，得复合氧化物前驱体溶胶，其中，无水乙醇、浓盐酸及蒸馏水的用量按质量比计分别是，硝酸盐∶无水乙醇＝100∶300～500，硝酸盐∶浓盐酸＝100∶8～28，硝酸盐∶蒸馏水＝100∶35～80；

3)将1)所述的载体浸于2)所述的复合氧化物前驱体溶胶中，搅拌2～8小时后于80～120℃温度下通风干燥4～8小时，得负载体；

4)将3)所述的负载体以1～3℃/分的升温速度升温至400～600℃，并保温1～5小时，得本发明负载型纳米复合氧化物环境净化材料。