CN103691427B - 一种固定化的可见光响应光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固定化的可见光响应光催化剂及其制备方法，包括：按重量份数计的：光催化材料：30至55份；铈锆固熔体：15至20份；混合镧镨：5至10份；聚铝：15至25份；硅镁氧化物：10至15份；水：40至60份；其中，光催化材料、铈锆固熔体、混合镧镨、聚铝和硅镁氧化物的份数和为100份。本发明的有益效果是：采用了不同形状的材料骨架作为光催化剂的载体，将催化剂吸附在载体上，固化为整体结构；改变了光催化剂以粉末或溶液方式使用的方法，省去了光催化剂与底物的分离操作，避免可能产生的二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于环境保护的催化剂及其制备方法，尤其涉及一种在有光照的条件下，能够对环境中的气相有毒、有害污染物进行无害化降解的催化剂及其制备方法。
背景技术
光催化剂可将大气及水体中的污染物（特别是有机污染物）完全降解为对环境和人体无害的物质，在环境污染治理中越来越受到重视，是最有效、最有应用前景的环保技术。现有光催化剂主要以溶液或粉末的形式使用，使用时，将光催化剂与污染物相混合，然后利用紫外光照射，最终将污染物分解成无害的物质，从而达到净化污染物，保护环境的作用。
光催化剂的上述使用方式，在治理污染物过程中，存在不足之处有以下几点。
一、粉末状的光催化剂，要分散在含有污染物体系中，再在光照下才能起催化降解作用，这样，催化剂很容易因流动而造成损失或导致应避免的次生污染；污染物降解后，因催化剂是粉末状的，光催化剂与降解产物需进行分离，存在分离困难，或分离不完全，往往是作为一次性使用。因此，一是浪费，二是容易产生二次污染。
二、溶液型的光催化剂，使用时将其喷涂到物体上形成一层很薄的催化剂膜。因为涂膜过薄，与污染物的接触面积有限，同时受外力作用容易脱落，发挥不了光催化剂应起的作用，其使用受到很大的制约。
三、上述的光催化剂，需要辅加紫外光照，才能体现出光催化剂降解污染物的作用，这样就限制了其实际应用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了固定化的可见光响应光催化剂，包括：按重量分数计的：光催化材料：30至55份；铈锆固熔体：15至20份；混合镧镨：5至10份；聚铝：15至25份；硅镁氧化物：10至15份；水：40至60份，其中，光催化材料、铈锆固熔体、混合镧镨、聚铝和硅镁氧化物的份数和为100份。
原料来源如下：
光催化材料的成份：主要是钛、铋、钨的氧化物或其盐类化合物，根据使用要求，三者按质量份计如下：
钛的氧化物：20~50份
钨的氧化物：25~40份
铋的氧化物：25~40份
其中，钛的氧化物或其盐类化合物是指二氧化钛（TiO2）、四氯化钛（TiCl4）、钛酸锶SrTiO3等。供应商广西百色大华化工厂、上海东升钛白粉厂、德国Degussa公司等。
钨的氧化物或其盐类化合物是指三氧化钨（WO3）、钨酸铋（BiWO6）等。供应商有天津津东化工厂、江西赣州钴冶炼厂等
铋的氧化物或其盐类化合物是指三氧化二铋（Bi2O3）、钨酸铋（BiWO6）、钼酸铋（BiMoO6）等。供应商有成都海特新材料公司等。
制备方法：
将上述各材料按量混匀后共研磨分散。
铈锆固熔体：中国有色金属研究院及上海跃龙公司及其它的稀土企业都有生产
混合镧镨：取镧和镨的氯酸盐或硝酸盐，按纯金属质量计，镧20~40份、镨20~60，混合后溶于100份水中。
聚铝：取氢氧化铝70~100份，加入尿素2~10份，然后加热保持微沸，再加入5~15份柠檬酸进行络合成胶体。
硅镁氧化物：以氧化镁10~30份、水玻璃40~70份分散混匀，然后进行喷雾干燥成粉状。
本发明还提供了一种制备固定化的可见光响应光催化剂的方法，包括以下几个步骤：
步骤A:按比例称取各组分，混合均匀，然后置研磨机中分散，再将得到的料液取出并调整pH值，得到呈胶体状的浆液；
步骤B:选取陶瓷或金属材料作为载体，将其表面清理干净；
步骤C:将所述步骤A所得到的浆液涂覆于载体上，得到连续、均匀的涂膜层；
步骤D:将所述步骤C中涂覆了光催化剂浆料的载体，先烘干以得到初步固定催化剂涂层；然后再烧结，即得到固定化的可见光响应光催化剂。
优选的，所述步骤A中：分散时间为12至20小时，pH值6.5至8.5。
优选的，所述步骤C中，浆液涂覆于载体上的方法包括：采用浸渍、喷涂或者刷涂。
优选的，所述步骤C中，所述液膜的厚度为0.1至1.2mm。
优选的，所述步骤D中，烘干的温度为100至250℃，时间为1.5至3小时。
优选的，所述步骤D中，烧结的温度为800至1200℃，时间为2至4小时。
相对于现有技术，本发明的有益效果是。
1、采用了不同形状的材料骨架作为光催化剂的载体，将催化剂吸附在载体上，固化为整体结构；改变了光催化剂以粉末或溶液方式使用的方法，省去了光催化剂与底物的分离操作，避免可能产生的二次污染。
2、采用掺杂改性方法，将常规光催化剂只能在紫外光条件下才能进行的催化反应，拓宽到在可见光下也能产生催化反应，使其应用领域和范围大大扩展。
3、采用无机材料在高温下进行固化方法，催化剂涂层在载体上附着牢固，耐水、耐候性好，可长期使用。
4、使用固定化的可见光响应光催化剂，在太阳光或人造光条件下，就可对自然中流动态的污染物进行持续高效的降解，使用成本低；整体式结构，不粉化、不脱落，易于回收，对环境友好。
附图说明
图1是本发明表面反应型的光催化剂结构图。
图2是本发明流动反应型的光催化剂结构图。
图3是本发明中不同条件下的测试结果。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
光催化材料：30克
铈锆材料（以铈锆固熔体计）：20克
混合镧镨：10克
聚铝：25克
硅镁氧化物（以硅酸镁计）：15克
水：40克
步骤A:称取上述各材料，先混合均匀，然后置研磨机中分散12小时，研磨后的料液取出并调整其pH为6.5，得到呈胶体状的浆液；
步骤B:选取合适形状及大小的陶瓷或金属材料作为载体，将其表面的油、污垢、杂质等清理干净；
步骤C:根据载体形状和结构，采用浸渍、喷涂、刷涂等方法，将呈胶体状的浆液涂覆于载体上，并清除附着在载体上的多余料液，使在骨架载体上形成一层液膜厚度在0.1至1.2mm的均匀、连续的涂膜层；
步骤D:将涂附了光催化剂浆料的载体，先于100℃烘干1.5小时以初步固定催化剂涂层；然后再于800℃烧结2小时，即得到整体式的、固定化的可见光响应光催化剂；最后将得到的固定化的可见光响应光催化剂，根据使用条件和要求，进行切割、组装使用。
实施例2
光催化材料：55克
铈锆材料（以铈锆固熔体计）：15克
混合镧镨：5克
聚铝：15克
硅镁氧化物（以硅酸镁计）：10克
水：60克
步骤A:称取上述各材料，先混合均匀，然后置研磨机中分散20小时，研磨后的料液取出并调整其pH为8.5，得到呈胶体状的浆液；
步骤B:选取合适形状及大小的陶瓷或金属材料作为载体，将其表面的油、污垢、杂质等清理干净；
步骤C:根据载体形状和结构，采用浸渍、喷涂、刷涂等方法，将呈胶体状的浆液涂覆于载体上，并清除附着在载体上的多余料液，使在骨架载体上形成一层液膜厚度在0.1至1.2mm的均匀、连续的涂膜层；
步骤D:将涂附了光催化剂浆料的载体，先于250℃烘干3小时以初步固定催化剂涂层；然后再于1200℃烧结4小时，即得到整体式的、固定化的可见光响应光催化剂；最后将得到的固定化的可见光响应光催化剂，根据使用条件和要求，进行切割、组装使用。
实施例3
光催化材料：40克
铈锆材料（以铈锆固熔体计）：18克
混合镧镨：8克
聚铝：20克
硅镁氧化物（以硅酸镁计）：14克
水：50克
步骤A:称取上述各材料，先混合均匀，然后置研磨机中分散16小时，研磨后的料液取出并调整其pH为7，得到呈胶体状的浆液；
步骤B:选取合适形状及大小的陶瓷或金属材料作为载体，将其表面的油、污垢、杂质等清理干净；
步骤C:根据载体形状和结构，采用浸渍、喷涂、刷涂等方法，将呈胶体状的浆液涂覆于载体上，并清除附着在载体上的多余料液，使在骨架载体上形成一层液膜厚度在0.1至1.2mm的均匀、连续的涂膜层；
步骤D:将涂附了光催化剂浆料的载体，先于200℃烘干2小时以初步固定催化剂涂层；然后再于1000℃烧结3小时，即得到整体式的、固定化的可见光响应光催化剂。将得到的固定化的可见光响应光催化剂，根据使用条件和要求，进行切割、组装使用。
如图1和图2所示，光催化层10涂覆在载体骨架20的上。
按实施例1至3的方法所制备的光催化剂，其特点主要体现在以下几个方面。
1、固定化的光催化剂，改变了现有光催化剂以粉末或液体形式与污染物体系混合使用、污染物降解后再将催化剂分离出来的方式，而是以固-气或固-液接触方式进行，污染物降解后，因光催化剂是固态结构，与液态或气态的污染物体系达到自动分离，催化剂可以重复、连续进行使用，降低运行成本，同时避免了催化剂可能产生的二次污染问题。
2、优良的可见光响应能力。通过对光催化材料的多元掺杂改性，使光催化剂只在单纯的紫外光照条件下才能产生催化作用，扩展到紫外光、红外线及可见光照条件下也能表现出高效的光催化性能。
3、固定化的可见光响应光催化剂。光催化剂经高温烧结，耐气流冲刷能力更好，具有更好的耐候、耐温、耐水性，使光催化剂的适应范围得到极大的扩展。
4、光催化剂固定到骨架载体上，通过扩大催化剂的比表面积，改变了常规光催化剂只能在一维表面进行的不足，使有毒、有害污染物可以在催化剂的三维空间中被催化降解，提高了光催化剂的利用率。
实施例4
用DegussaP-25、自制光催化剂及不含光催化剂的普通涂层，制备成10×10cm的基板,然后将50PPM甲基蓝涂覆于基板上，在紫外光、太阳光及LED灯光下照射，进行催化降解为例，以基板上的甲基蓝完全褪去颜色时间为评价依据，结果如图3所示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种固定化的可见光响应光催化剂，其特征在于，包括：按重量分数计的：
光催化材料：30至55份
铈锆固熔体：15至20份
混合镧镨：5至10份
聚铝：15至25份
硅镁氧化物：10至15份
水：40至60份，
其中，光催化材料、铈锆固熔体、混合镧镨、聚铝和硅镁氧化物的份数和为100份；
光催化材料的成分，按质量份计如下：
钛的氧化物：20-50份，
钨的氧化物：25-40份，
铋的氧化物：25-40份；
铈锆固熔体购买于中国有色金属研究院及上海跃龙公司；
混合镧镨的制备方法：取镧和镨的氯酸盐或硝酸盐，按纯金属质量计，镧20-40份、镨20-60，混合后溶于100份水中；
聚铝的制备方法：取氢氧化铝70-100份，加入尿素2-10份，然后加热保持微沸，再加入5-15份柠檬酸进行络合成胶体。
2.一种如权利要求1所述的固定化的可见光响应光催化剂的制备方法，其特征在于，包括
以下几个步骤：
步骤A:按比例称取各组分，混合均匀，然后置研磨机中分散，再将得到的料液取出并
调整pH值，得到呈胶体状的浆液；
步骤B:选取陶瓷或金属材料作为载体，将其表面清理干净；
步骤C:将所述步骤A所得到的浆液涂覆于载体上，得到均匀、连续的涂膜层；
步骤D:将所述步骤C中涂附了光催化剂浆料的载体，先烘干以得到初步固定催化剂
涂层；然后再烧结，即得到固定化的可见光响应光催化剂。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A中：分散时间为12至20小时，pH值6.5至8.5。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，浆液涂覆于载体上的方法包括：采用浸渍、喷涂或者刷涂。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，烘干的温度为100至250℃，时间为1.5至3小时。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，烧结的温度为800至1200℃，时间为2至4小时。
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|---|
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