CN101822975A - 复合光催化剂降解农药残留 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米级光催化剂的制备方法，具体地说是涉及一种便于操作的农药残留降解水溶液及其制备方法。本发明所述的制备工艺，首先以钛酸正四丁酯作为TiO2的前驱物，用无水乙醇作为溶剂，并加入一定量的冰醋酸，在室温下磁力搅拌一段时间，使溶液充分混合，得到A溶液。同时，另取一定量的蒸馏水和无水乙醇，加入不同剂量(掺杂量为质量百分比)的掺杂盐类，磁力搅拌一段时间得到B溶液。然后将得到的B溶液缓慢加入到A溶液中，加浓盐酸调节pH至合适值，搅拌一段时间后得稳定、均匀、清澈透明的TiO2溶胶。再将溶胶放入真空干燥箱，在80℃下烘成干凝胶。用玛瑙研钵研磨干凝胶，得到粉末。将粉末放入马弗炉中，在不同的温度下进行热处理，得到纳米TiO2粉体。再将得到的纳米TiO2粉体进行亲水改性，在一定的pH下，配成一定浓度的纳米TiO2水溶液，最后灌装成瓶后直接喷洒使用。本发明制得的纳米光催化剂透光性好、光催化活性高，生产成本低、工艺路线简单，具有工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米级光催化剂的制备方法，具体地说是涉及一种便于操作的农药残留降解水溶液及其制备方法。
背景技术
农作物是人类主要的食品来源，对农作物喷洒农药实施病虫害防治的技术可以挽回产量损失的10％-20％，见效快、效果直接的农药使用成为保障农业生产的主要措施。但是，农药的大量使用和滥用的危害范围很广，在大气、土壤和水体中停留时间长，危急人类自身健康和安全，还将会破坏生态平衡，故其分解去除倍受人们关注。随着人们生活水平的提高和加入WTO后国际贸易的需求，对食物中残留农药的标准要求越来越严格。
纳米二氧化钛是一种具有光催化活性的半导体材料，即是一种半导体光催化剂，并引发光催化反应。接受紫外辐照后，半导体光催化剂的表面反应可产生空穴(h+)、羟基自由基(.OH)、超氧负离子(.O- 2)等强氧化性物种，几乎可以无选择地氧化所有的有机污染物，并使之完全矿化。并且纳米二氧化钛具有较宽的带隙、化学性质稳定、无毒，是目前光催化技术研究中普遍使用的半导体光催化剂。
大量研究表明，纳米级粉末状的TiO2虽然表面积大、光催化活性高，但是具有光催化活性较高的锐钛矿型不太稳定，并且容易团聚，而且在农药残留降解过程中的操作方便性的问题均需要解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、具有光降解效率稳定的纳米级TiO2/ZnO水剂的制备工艺，此工艺可控制团聚的发生，获得晶型稳定性更好、粒径分布均匀、晶体发育良好的纳米级TiO2/ZnO水溶液系统，灌装成瓶后可直接喷洒使用。
本发明所述的制备工艺，包括如下步骤：首先以钛酸正四丁酯作为TiO2的前驱物，用无水乙醇作为溶剂，并加入一定量的冰醋酸，在室温下磁力搅拌一段时间，使溶液充分混合，得到A溶液。同时，另取一定量的蒸馏水和无水乙醇，加入不同剂量(复合为摩尔比)的ZnO，磁力搅拌一段时间得到B溶液。然后将得到的B溶液缓慢加入到A溶液中，加浓盐酸调节pH至合适值，搅拌一段时间后得稳定、均匀、清澈透明的TiO2溶胶。再将溶胶放入真空干燥箱，在80℃下烘成干凝胶。用玛瑙研钵研磨干凝胶，得到粉末。将粉末放入马弗炉中，在不同的温度下进行热处理，得到纳米TiO2/ZnO粉体。再将得到的纳米TiO2/ZnO粉体进行亲水改性，在一定的pH下，配成一定浓度的纳米TiO2/ZnO水溶液，最后灌装成瓶后直接喷洒使用。
本发明制得的纳米复合粉体具有颗粒均匀、晶型稳定，晶粒发育完整、团聚程度轻，可以很好分散于水溶液中。
本发明可以通过溶胶凝胶方法得到纳米复合粉体，且操作简单，对设备要求低，生产成本低。
本发明所得到的最终产物可以以粉末的形式提供，也可以用其它的形式提供，如含一定浓度纳米级TiO2/ZnO的水剂。
本发明的优点：
1.合成的纳米粉体具有纯度高，粒度分布窄，晶粒组分和形态可控，团聚程度轻，制得的水剂分散均匀等优点；
2.产品降解农药残留操作简单，喷洒即可，方便应用；
3.该产品制备工艺简单，成本低廉，易实现工业化。
本发明采用溶胶凝胶方法制备得到的纳米级复合粉体晶化良好的锐钛矿型TiO2/ZnO，而且晶型稳定。对于初始浓度4.5mg/L的氯胺磷溶液，催化剂用量为0.6g·L-1时，TiO2与ZnO的最佳比例为10∶1，最佳热处理温度为500℃。反应进行5h后，最大降解率可达到44.1％。
附图说明
图1为工艺流程简图
具体实施方案
本发明不受以下实施例限制。
实施例1
量取10ml的钛酸四丁酯，加入300ml无水乙醇配成溶液，在控制150r/min的搅拌速度下滴3-4滴冰醋酸，在室温下磁力搅拌30min，使溶液充分混合，得到A溶液。同时，另取1ml蒸馏水和200ml无水乙醇，加入钛酸四丁酯的摩尔比为8∶1的ZnO复合，磁力搅拌30min得到B溶液。将得到的B溶液缓慢加入到A溶液中，加浓盐酸调节pH至3，搅拌30min后得稳定、均匀、清澈透明的TiO2/ZnO溶胶。将溶胶放入真空干燥箱，在80℃下烘成干凝胶。用玛瑙研钵研磨干凝胶，得到粉末。将粉末放入马弗炉中，在600℃下进行热处理，得到纳米TiO2/ZnO粉体。再将得到的纳米TiO2/ZnO粉体进行亲水改性，在pH＝4下，配成一定浓度的纳米TiO2/ZnO水溶液。
实施例2
量取20ml的钛酸四丁酯，加入300ml无水乙醇配成溶液，在控制150r/min的搅拌速度下滴3-4滴冰醋酸，在室温下磁力搅拌30min，使溶液充分混合，得到A溶液。同时，另取1ml蒸馏水和200ml无水乙醇，加入钛酸四丁酯的摩尔比为4∶1的ZnO复合，磁力搅拌30min得到B溶液。将得到的B溶液缓慢加入到A溶液中，加浓盐酸调节pH至4，搅拌30min后得稳定、均匀、清澈透明的TiO2/ZnO溶胶。将溶胶放入真空干燥箱，在80℃下烘成干凝胶。用玛瑙研钵研磨干凝胶，得到粉末。将粉末放入马弗炉中，在500℃下进行热处理，得到纳米TiO2/ZnO粉体。再将得到的纳米TiO2/ZnO粉体进行亲水改性，在pH＝4下，配成一定浓度的纳米TiO2/ZnO水溶液。
实施例3
量取10ml的钛酸四丁酯，加入300ml无水乙醇配成溶液，在控制150r/min的搅拌速度下滴3-4滴冰醋酸，在室温下磁力搅拌30min，使溶液充分混合，得到A溶液。同时，另取1ml蒸馏水和200ml无水乙醇，加入钛酸四丁酯的摩尔比为6∶1的ZnO复合，磁力搅拌30min得到B溶液。将得到的B溶液缓慢加入到A溶液中，加浓盐酸调节pH至3，搅拌30min后得稳定、均匀、清澈透明的TiO2/ZnO溶胶。将溶胶放入真空干燥箱，在80℃下烘成干凝胶。用玛瑙研钵研磨干凝胶，得到粉末。将粉末放入马弗炉中，在600℃下进行热处理，得到纳米TiO2/ZnO粉体。再将得到的纳米TiO2/ZnO粉体进行亲水改性，在pH＝4下，配成一定浓度的纳米TiO2/ZnO水溶液。
实施例4
取实施例2制备的纳米TiO2/ZnO粉体配成浓度为0.5g/L，pH为5，氯胺磷溶液的适宜初始浓度为20mg/L，紫外灯(25W，激发波长为253.7nm)为光源，在空气环境下用磁力搅拌来提供氧气，光催化降解氯胺磷光2h后降解效率达到31％。
Claims (3)
1.一种溶液型纳米纳米TiO2/ZnO光催化剂，其特征在于该纳米TiO2/ZnO光催化剂属于复合型纳米氧化物，复合晶型为稳定单一的锐钛矿相。
2.如权利要求1所述的溶液型纳米TiO2/ZnO光催化剂，其特征在于改变TiO2和ZnO的复合配比，得到不同降解能力的光催化剂。
3.一种权利要求1所述的溶液型纳米TiO2光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)溶胶反应：以10-20ml钛酸正四丁酯作为TiO2的前驱物，用200-400ml无水乙醇作为溶剂，并加入2-6滴的冰醋酸，在室温下磁力搅拌15-30min，使溶液充分混合，得到A溶液。同时，另取1-3ml的蒸馏水和100-300ml的无水乙醇，加入10-25％的Zn(NO3)2·6H2O，磁力搅拌15-30min得到B溶液。然后将得到的B溶液缓慢加入到A溶液中，加浓盐酸调节pH至3-5，搅拌15-30min后得稳定、均匀、清澈透明的TiO2/ZnO溶胶。
2)凝胶处理：将溶胶放入真空干燥箱，在80℃下烘成干凝胶。用玛瑙研钵研磨干凝胶，得到粉末。
3)焙烧：将粉末放入马弗炉中，在400-600℃下进行热处理，得到纳米级TiO2/ZnO粉末
4)纳米TiO2/ZnO水溶液配制：将纳米TiO2粉体进行亲水改性，然后配成10-30％的纳米TiO2/ZnO水溶液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN200910037665A CN101822975A (zh) | 2009-03-06 | 2009-03-06 | 复合光催化剂降解农药残留 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102962046A (zh) * | 2012-03-15 | 2013-03-13 | 福建中烟工业有限责任公司 | 一种光催化降解农药残留的方法 |
| CN103141449A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-06-12 | 苏州大学 | 一种提高家蚕对有机磷农药抗性的方法 |
| CN104206937A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-17 | 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所 | 一种果蔬表面农残深度处理方法 |
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2009
- 2009-03-06 CN CN200910037665A patent/CN101822975A/zh active Pending
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| CN102962046A (zh) * | 2012-03-15 | 2013-03-13 | 福建中烟工业有限责任公司 | 一种光催化降解农药残留的方法 |
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| CN103141449B (zh) * | 2013-02-26 | 2014-07-16 | 苏州大学 | 一种提高家蚕对有机磷农药抗性的方法 |
| CN104206937A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-17 | 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所 | 一种果蔬表面农残深度处理方法 |
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