CN103447099A - 一种用发泡法制备块体光催化材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，首先将光催化纳米颗粒材料和无机粘结剂按照质量比0.05:1～0.1:1混合形成混合物、发泡剂发泡为泡沫，然后将泡沫按照每公斤光催化纳米颗粒材料15-25L的比例，投加到光催化纳米颗粒材料和无机粘结剂的混合物中，不断搅拌使之成为浆状物；将浆状物在温度400-1000℃烧结，制成块状光催化材料。本发明具有所用发泡剂和无机粘结剂廉价、易得；无机粘结剂和泡沫用量小、烧结温度低能耗小；操作简单等优点，制得的块状光催化材料的孔径主要在200-600nm之间。孔隙率在50-80%之间，有效解决光催化材料回收困难的问题。

Description

一种用发泡法制备块体光催化材料的方法
技术领域
本发明涉及一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，用于光催化气体净化和污水处理技术领域。
背景技术
在紫外光照下，在催化材料表面产生的羟基自由基·OH、超氧离子·O2 -、氢过氧基·HO2等活性基团，能够将有机物直接氧化为CO2和H2O等无机小分子。这一过程可在常温下进行、可利用太阳光、催化剂来源广、无二次污染。在污水与大气治理中对有机物的降解和消毒杀菌等领域，尤其是对不可生物降解的有机物，及氯化过程杀菌效率低的革兰菌等有其它技术难以达到的突出效果。自20世纪80年代以来光催化技术在环境治理研究和技术开发领域受到了高度重视，是当前环境污染控制技术中的活跃研究领域、也是环境污染控制技术的研究重点和热点。
光催化材料是光催化过程中的关键因素。光催化材料多为纳米颗粒材料，因此在气体净化应用中需要将光催化材料负载在填料上或制成光催化薄膜；在污水处理应用中需要将光催化材料悬浮在污水中，有光催化材料回收困难的缺点。块体光催化材料可以克服光催化材料回收困难的缺点，研究开发块体光催化材料的制备方法对光催化在气体净化和污水处理中的应用有着重要的实际意义。
发明专利CN101623625A公开了一种块状大孔二氧化钛及其制备方法。以有机泡沫板为模板，浸渍二氧化钛浆液，通过煅烧去除有机泡沫，得到孔径在200-300μm、孔隙率在80-90%的块状大孔二氧化钛材料。其有机泡沫为孔径500-900μm的聚氨酯泡沫板，二氧化钛浆液由二氧化钛纳米颗粒、水、有机和无机添加剂构成；有机和无机添加剂分别为聚乙二醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素、正硅酸乙酯的一种或两种以上，无机添加剂为金属镁盐、金属铝盐、或其它可低熔点化合物的盐类。为了烧掉聚氨酯泡沫板，所需煅烧温度在1200-1400℃，能耗较高。
发明内容
本发明公开了一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，其目的在于可以有效克服现有污水处理中需要将光催化材料悬浮在污水中，导致光催化材料回收困难，以及专利：块状大孔二氧化钛及其制备方法存在的为了烧掉聚氨酯泡沫板，需要高能耗和环境污染等缺陷。本发明将发泡剂发泡为泡沫后，按比例投加到光催化材料和无机粘结剂的混合物中制成浆状物，然后将浆状物烧结，制备块体光催化材料，块体光催化材料的孔径主要在200-600nm之间、孔隙率在50-80%之间、面强度在400-1000kPa之间，有效解决光催化材料回收困难的问题。
本发明采用的技术方案是这样实现的：
一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，首先将光催化纳米颗粒材料和无机粘结剂按照质量比0.05:1～0.1:1混合形成混合物、发泡剂发泡为泡沫，然后将泡沫按照每公斤光催化纳米颗粒材料15-25L的比例，投加到光催化纳米颗粒材料和无机粘结剂的混合物中，不断搅拌使之成为浆状物；将浆状物在温度400-1000℃烧结，制成块状光催化材料。
所述的光催化材料为氧化物半导体纳米颗粒材料。
所述的无机粘结剂为硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、金属氧化物的一种或两种以上。
所述的发泡剂为化学发泡剂的一种或两种以上，或物理发泡剂的一种或两种以上。
所述制成的块状光催化材料的孔径在200-600nm之间。
本发明具有以下优点和积极效果：
1)所用发泡剂和无机粘结剂廉价、易得；
2)无机粘结剂和泡沫用量小、烧结温度低；
3)操作简单；
4)块状光催化材料的孔径主要在200-600nm之间。
附图说明
图1为实施例1块状光催化材料孔容随孔径的分布；
图2为实施例2块状光催化材料孔容随孔径的分布；
图3为实施例3块状光催化材料孔容随孔径的分布；
图4为实施例4块状光催化材料孔容随孔径的分布；
图5为实施例5块状光催化材料孔容随孔径的分布。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
【实施例1】
所用材料：
光催化材料，自制纳米二氧化钛粉；发泡剂，上海毫升化学有限公司的水泥发泡剂HS-J01C。
发泡剂：纳米二氧化钛粉=25升：1公斤。
烧结温度：1000℃。
模具：模具为厚度10mm的不锈钢板，不锈钢板上钻有密集分布的直径为12mm的孔。
制备过程：称取1公斤的自制纳米二氧化钛粉放入搅拌器内，将发泡剂HS-J01C发泡成泡沫，将25升的泡沫投加到入搅拌器，搅拌使之成浆状。把浆状物放入模具内，浆状物灌满模具的孔。将模具放入马弗炉在1000℃下烧结6个小时，降温后拿出模具，取出模具孔内的块状光催化材料。块状光催化材料为直径11mm、高10mm的柱体，其密度为1.3g/cm3、面强度为1MPa，孔径主要在200-600nm之间，如图1所示。
【实施例2】
所用材料：光催化材料，自制纳米二氧化钛粉；发泡剂，上海毫升化学有限公司的水泥发泡剂HS-J01C，无机粘结剂，磷酸锌。
磷酸锌：纳米二氧化钛粉=0.1:1；发泡剂：纳米二氧化钛粉=15升：1公斤。
模具：模具为厚度10mm的不锈钢板，不锈钢板上钻有密集分布的直径为12mm的孔。
制备过程：分别称取1公斤的自制纳米二氧化钛粉和0.1公斤的磷酸锌放入搅拌器内，将发泡剂HS-J01C发泡成泡沫，将15升的泡沫投加到入搅拌器，搅拌使之成浆状。把浆状物放入模具内，浆状物灌满模具的孔。将模具放入马弗炉在400℃下烧结10个小时，降温后拿出模具，取出模具孔内的块状光催化材料。块状光催化材料为直径11mm、高10mm的柱体，其密度为1.5g/cm3、面强度为0.46MPa，孔径主要在200-600nm之间，如图2所示。
【实施例3】
所用材料：光催化材料，自制纳米二氧化钛粉；发泡剂，上海毫升化学有限公司的水泥发泡剂HS-J01C，无机粘结剂，磷酸锌。
磷酸锌：纳米二氧化钛粉=0.05:1；发泡剂：纳米二氧化钛粉=20升：1公斤。
模具：模具为厚度10mm的不锈钢板，不锈钢板上钻有密集分布的直径为12mm的孔。
制备过程：分别称取1公斤的自制纳米二氧化钛粉和0.05公斤的磷酸锌放入搅拌器内，将发泡剂HS-J01C发泡成泡沫，将20升的泡沫投加到入搅拌器，搅拌使之成浆状。把浆状物放入模具内，浆状物灌满模具的孔。将模具放入马弗炉在400℃下烧结10个小时，降温后拿出模具，取出模具孔内的块状光催化材料。块状光催化材料为直径11mm、高10mm的柱体，其密度为1.4g/cm3、面强度为0.44MPa，孔径主要在200-600nm之间，如图3所示。
【实施例4】
所用材料：光催化材料，自制纳米二氧化钛粉；发泡剂，上海毫升化学有限公司的水泥发泡剂HS-J01，无机粘结剂，氧化锌。
氧化锌：纳米二氧化钛粉=0.1:1；发泡剂：纳米二氧化钛粉=18升：1公斤。
模具：模具为厚度10mm的不锈钢板，不锈钢板上钻有密集分布的直径为12mm的孔。
制备过程：分别称取1公斤的自制纳米二氧化钛粉和0.1公斤的氧化锌放入搅拌器内，将发泡剂HS-J01发泡成泡沫，将18升的泡沫投加到入搅拌器，搅拌使之成浆状。把浆状物放入模具内，浆状物灌满模具的孔。将模具放入马弗炉在500℃下烧结10个小时，降温后拿出模具，取出模具孔内的块状光催化材料。块状光催化材料为直径11mm、高10mm的柱体，其密度为1.45g/cm3、面强度为0.64MPa，孔径主要在200-600nm之间，如图4所示。
【实施例5】
所用材料：光催化材料，自制纳米二氧化钛粉；发泡剂，上海毫升化学有限公司的水泥发泡剂HS-J01，无机粘结剂，磷酸二氢钙。
磷酸二氢钙：纳米二氧化钛粉=0.05:1；发泡剂：纳米二氧化钛粉=22升：1公斤。
模具：模具为厚度10mm的不锈钢板，不锈钢板上钻有密集分布的直径为12mm的孔。
制备过程：分别称取1公斤的自制纳米二氧化钛粉和0.05公斤的氧化锌放入搅拌器内，将发泡剂HS-J01发泡成泡沫，将22升的泡沫投加到入搅拌器，搅拌使之成浆状。把浆状物放入模具内，浆状物灌满模具的孔。将模具放入马弗炉在500℃下烧结10个小时，降温后拿出模具，取出模具孔内的块状光催化材料。块状光催化材料为直径11mm、高10mm的柱体，其密度为1.1g/cm3、面强度为0.4MPa，孔径主要在200-600nm之间，如图5所示。

Claims (5)

1.一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，其特征在于：首先将光催化纳米颗粒材料和无机粘结剂按照质量比0.05:1～0.1:1混合形成混合物、发泡剂发泡为泡沫，然后将泡沫按照每公斤光催化纳米颗粒材料15-25L的比例，投加到光催化纳米颗粒材料和无机粘结剂的混合物中，不断搅拌使之成为浆状物；将浆状物在温度400-1000℃烧结，制成块状光催化材料。
2.根据权利要求1所述的一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，其特征在于：所述的光催化纳米颗粒材料为氧化物半导体纳米颗粒材料。
3.根据权利要求1所述的一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，其特征在于：所述的无机粘结剂为硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、金属氧化物的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，其特征在于：所述的发泡剂为化学发泡剂的一种或两种以上，或物理发泡剂的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种用发泡法制备块体光催化材料的方法，其特征在于：所述制成的块状光催化材料的孔径在200-600nm之间。
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