CN104209110A - 蜂窝陶瓷负载TiO2光催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法涉及一种蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，属于环保材料制剂的制备方法领域。包括以下步骤：在无水乙醇与钛酸丁酯混合溶液中分别加入浓硝酸和二乙醇胺，混合均匀后再加入无水乙醇，即得到均匀的略带黄色的透明溶胶，将预处理过的蜂窝陶瓷在透明溶胶中浸渍30min后取出，于烘箱中85℃恒温1.5h，室温下冷却后放入马弗炉中焙烧，随炉自然冷却至室温取出即得蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂。本发明所述的制备方法，采用溶胶-凝胶方法制备蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂，具有工艺简单、产品性能高等特点。

Description

蜂窝陶瓷负载TiO2光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，属于环保材料制剂的制备方法领域。 

背景技术

近年来，TiO₂光催化剂对于环境污染物中有机物的处理，备受人们的重视，尤其对于那些在环境中滞留时间长、对人体健康危害大、生物难降解的卤代芳烃如氯苯酚、氯苯等的催化降解更为人们所关注。 

TiO₂作为光催化剂其使用方法主要有悬浮式和固定式两种形式。悬浮式是将悬浮相的TiO₂直接分散于被处理的污水中，使污染物氧化降解。该方法的缺点是TiO₂粉体难以回收、当溶液中存在高价阳离子时催化剂不容易分散。固定式是通过粉体烧结、溶胶-凝胶等方法使TiO₂负载在载体上。粉体烧结法制备催化剂是将载体浸渍于TiO₂悬浮相中，使载体表面负载上一定的TiO₂粉体，经高温焙烧后用于水溶液的催化氧化。该方法的不足之处在于载体与粉体之间的牢固性欠佳、分布不均匀等。采用溶胶-凝胶方法制备催化剂是以钛盐或钛酸酯类为原料，溶于低碳醇中，在酸性水溶液中制得TiO₂溶胶，用浸渍法将TiO₂溶胶负载在载体上，经焙烧处理得到负载在载体上的透明TiO₂薄膜催化剂。由于TiO₂薄膜在载体上分布均匀、牢固性好，而使催化剂具有较高的催化活性和较长的使用寿命。然而，相对于悬浮式而言，负载型催化剂反应速率会由于载体的存在受到传质的限制，这在一定程度上影响光催化效率，因此，选择多孔的、比表面积大的、对TiO₂具有良好附着性的载体，是制备高活性负载型催化剂的研究内容之一。 

因此，研究一种工艺简单、制备的负载型TiO₂光催化剂性能好的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法具有良好的应用前景。 

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单、制备的负载型TiO₂光催化剂性能好的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法。 

本发明所述的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，包括以下步骤： 

在无水乙醇与钛酸丁酯以4：1的比例组成的混合溶液中，分别加入混合液4％体积的浓硝酸和二乙醇胺，室温下搅拌器搅拌2h，待溶液混合均匀后再加入混合液体积2％的水和20％的无水乙醇，继续搅拌0.5h，即得到均匀的略带黄色的透明溶胶，将预处理过的蜂窝陶瓷在透明溶胶中浸渍30min后取出，于烘箱中85℃恒温1.5h，室温下冷却后放入马弗炉中焙烧，随炉自然冷却至室温取出即得蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂。

优选的，本发明所述的焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为2-3h。 

更优选的，本发明所述的蜂窝陶瓷预处理方法为将蜂窝陶瓷在蒸馏水中浸泡0.5h，取出后放入5％的稀硝酸溶液中加热煮沸0.5h，以除去陶瓷表面可能残留的有机物，用蒸馏水洗涤数次，置于烘箱中105℃恒温1h，冷却备用。 

进一步优选的，本发明所述的制备方法中所述的浸渍-干燥-烧结过程每完成一次，即表载体上浸涂了一层TiO₂薄膜，每个蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂浸涂5-6层TiO₂薄膜。 

本发明所述的制备方法，采用溶胶-凝胶方法制备催化剂是以钛盐或钛酸酯类为原料，溶于低碳醇中，在酸性水溶液中制得TiO₂溶胶，用浸渍法将TiO₂溶胶负载在载体上，经焙烧处理得到负载在载体上的透明TiO₂薄膜光催化剂。影响蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的催化性能主要是焙烧温度、焙烧时间、涂膜层数等。 

通过对蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的催化性能进行大量试验，试验数据表明，当温度低于300℃时，催化效果较低；同时可能是由于焙烧时溶胶中的部分有机物质不能完全被分解，得到的蜂窝陶瓷表面的TiO₂薄膜有发黑现象；焙烧温度在500～550℃时光催化效率最大，达到了892％；而当温度在600℃以上时，催化剂的催化效率呈降低趋势，这可能是由于600℃时TiO₂开始由锐钛型向金红石型转化，锐钛型TiO₂活性较高，而金红石型TiO₂对氧气的吸附能力较差，比表面积较小，所以使催化剂的活性受到一定影响。 

在500℃焙烧温度下，分别对蜂窝陶瓷负载不同的TiO₂薄膜涂层，在反应时间2h，做了催化剂催化效率的比较，实验结果表明TiO₂薄膜在蜂窝陶瓷表面浸涂5层以下时，催化剂的催化效率随着涂层数增加呈逐步上升趋势，当TiO₂涂复5层时，催化剂具有最高的催化活性。当薄膜涂层继续增加，催化剂的催化活性又略有下降。这可能是因为5次以下的涂层中TiO₂的负载量没有达到最大负载量，所以随涂层增加催化活性逐渐提高，在5次涂层时载体达到了最大负载量，并且载体表面比较均匀，活性组分分散程度较高，所以催化活性最高，6次以上涂层时，可能是活性组分在载体表面局部发生富集，导致了活性组分的分散度降低，因此使得催化剂活性降低。 

本发明所述的制备方法，采用溶胶-凝胶方法制备蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂，具有工艺简单、产品性能高等特点，在实际工程中可以用本发明所制备的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂对邻氯苯酚水溶液具有较高的光催化降解作用，在紫外光照射下当反应2.5h时，邻氯苯酚的催化降解率为100％，经120h试验证明，催化剂具有良好的使用寿命，表明TiO₂薄膜在多孔的蜂窝陶瓷表面具有良好的附着力和催化活性，这一特点对于工业上的可回收性和可操作性具有重大的实际意义，可广泛应用于废水中有机物的降解处理中。 

具体实施方式

实施例一： 

先将蜂窝陶瓷在蒸馏水中浸泡0.5h，取出后放入5％的稀硝酸溶液中加热煮沸0.5h，以除去陶瓷表面可能残留的有机物，用蒸馏水洗涤数次，置于烘箱中105℃恒温1h，冷却备用。

然后在无水乙醇与钛酸丁酯以4：1的比例组成的混合溶液中，分别加入混合液4％体积的浓硝酸和二乙醇胺，室温下用磁力搅拌器搅拌2h，待溶液混合均匀后再加入混合液体积2％的水和20％的无水乙醇，继续搅拌0.5h，即得到均匀的略带黄色的透明溶胶，将处理过的蜂窝陶瓷在透明溶胶中浸渍30min后取出，于烘箱中85℃恒温1.5h，室温下冷却后放入马弗炉中500℃焙烧2h，随炉自然冷却至室温取出即得蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂。上述浸渍-干燥-烧结过程每完成一次，即表载体上浸涂了一层TiO₂薄膜，本发明所制备的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂具有浸涂了5-6层的TiO₂薄膜。 

实施例二：性能测试试验 

将浓度为1.0mmol/L的邻氯苯酚溶液(pH=6.8) 1000mL倒入反应器中，随后把本发明所制备的光催化剂放入其中，将紫外灯插入溶液内距金属灯口3cm处，开启冷却循环水，打开曝气装置，接通紫外灯照射(此时玻璃防护罩的表面用黑布覆盖，以减轻紫外光对人体的辐射)。每隔一定时间取样分析，同时作空白实验。

试验结果表明，在紫外光照射下当反应2.5h时，邻氯苯酚的催化降解率为100％。本催化剂处理邻氯苯酚的适宜浓度为1.0mmol/L以下，对于高浓度的邻氯苯酚溶液还需先进行预处理。经120h试验证明，催化剂具有良好的使用寿命，表明TiO₂薄膜在多孔的蜂窝陶瓷表面具有良好的附着力和催化活性，这一特点对于工业上的可回收性和可操作性具有重大的实际意义。 

Claims (4)

1.蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

在无水乙醇与钛酸丁酯以4：1的比例组成的混合溶液中，分别加入混合液4％体积的浓硝酸和二乙醇胺，室温下搅拌器搅拌2h，待溶液混合均匀后再加入混合液体积2％的水和20％的无水乙醇，继续搅拌0.5h，即得到均匀的略带黄色的透明溶胶，将预处理过的蜂窝陶瓷在透明溶胶中浸渍30min后取出，于烘箱中85℃恒温1.5h，室温下冷却后放入马弗炉中焙烧，随炉自然冷却至室温取出即得蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂。

2.如权利要求1所述的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，其特征在于所述的焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为2-3h。

3.如权利要求1所述的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，其特征在于所述的蜂窝陶瓷预处理方法为将蜂窝陶瓷在蒸馏水中浸泡0.5h，取出后放入5％的稀硝酸溶液中加热煮沸0.5h，以除去陶瓷表面可能残留的有机物，用蒸馏水洗涤数次，置于烘箱中105℃恒温1h，冷却备用。

4.如权利要求1所述的蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂的制备方法，其特征在于所述的制备方法中所述的浸渍-干燥-烧结过程每完成一次，即表载体上浸涂了一层TiO₂薄膜，每个蜂窝陶瓷负载TiO₂光催化剂浸涂5-6层TiO₂薄膜。