CN104475173A

CN104475173A - 一种高吸附负载型光催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN104475173A
Application number: CN201410639249.7A
Authority: CN
Inventors: 姚燕燕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-04-01

Abstract

本发明公开了一种高吸附负载型光催化剂的制备方法，包括如下步骤：（1）分别称取光催化剂原料、固化剂、成膜剂、分散剂，加入到成膜助剂中混合溶解，超声波分散后得到光催化粉末悬浮浆液；（2）将负载载体浸泡于所述光催化粉末悬浮浆液中，超声波分散后，静置；（3）将步骤（2）中负载载体置于80-120℃温度内成膜干燥；（4）将成膜干燥完毕的负载载体置于高温200-800℃烧结2-8小时，自然冷却后，得到高吸附负载型光催化剂。本发明制备的高吸附负载型光催化剂分散均匀、光催化活性好、粘附性极佳，具有超强吸附作用。

Description

一种高吸附负载型光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，特别涉及一种高吸附负载型光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化剂是当前最有瞩目的高级氧化环保材料之一。目前光催化剂均以粉末状或溶胶凝胶法制取的液体溶胶状形态存在。当这两种形态的光催化剂使用在水处理；空气净化和不同领域的杀菌中时，会产生固/液、固/气、甚至是固/固无法分离的难题。为此，光催化剂的固定化被认为是解决这一难题的最有效措施。目前，国内外的多个研究探讨了光催化剂的固定化方法，大多采用玻璃珠，玻璃板，光纤维，多孔硅胶和陶瓷膜等作为载体，研究的焦点集中在光催化膜层的均匀性，透明度和负载牢固性等方面，通常应用于水处理、室内装潢和建筑材料等。

作为空气进化过滤器使用的负载型光催化剂，在膜层的均匀性、负载牢固性、尤其是在气体吸附性能等方面有较高的要求，而透明度则可以不作考核。

中国发明专利CN104084183A公开了“一种粉末态光催化剂固定化方法”，所上述方法涉及在铝板上固定二氧化钛光催化剂的方法,是通过以下的步骤实现的：(A)将铝板浸入盐酸中，一段时间后铝板表面氧化膜被清洗掉，裸露纯铝；(B)将铝板从盐酸中取出，用蒸馏水瞬间清洗掉铝板表面的盐酸；(C)将二氧化钛粉末和水按照一定质量比混合制成二氧化钛粉末悬浊液；(D)将二氧化钛粉末悬浊液涂布在铝板表面；(E)在紫外光源照射下，在空气中静置；(F)将铝板浸入水中，用紫外光源照射涂布在铝板表面的二氧化钛1-10h；(G)重复2-5次步骤D-F，最后一次照射24h以上。本发明的特点是二氧化钛粉末直接固化在铝板上，固化强度明显高于现有技术，本发明可以扩展应用到光电催化剂领域。该发明的技术方案中，因使用了铝板作为基底材料，所制备的负载型光催化剂不适用于空气净化器的过滤器。此外，该技术方案中的固定化工艺，需要使用腐蚀性酸--盐酸对基材表面进行处理，并且，在光催化剂负载过程中，多次循环重复二氧化钛粉末悬浊液的涂布和紫外光照射这两个步骤，具有工艺繁琐、制作时间长的严重缺陷。

中国发明专利CN1265939A公开了另一种 “负载型二氧化钛光催化剂的制备方法”，所述方法是以天然矿物凹凸棒为载体，将二氧化钛的悬浆溶液与载体混合搅拌，在80-120℃干燥后，经550-650℃焙烧5-7小时，冷却至室温即得产品。

但是，采用该方法所获得的负载型光催化剂，尺寸小，形状不固定，光催化剂负载量小（最佳负载量只能所控制1-5%），作为空气净化器的过滤器，其实用性不高，而且，该负载型光催化剂只验证了其水溶液的净化性能，并未验证其是否具备有害气体的吸附和分解能力。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明所要解决的问题是：如何高度分散光催化纳米粉末，使光催化剂以超细纳米微粒悬浮，并采用该光催化纳米悬浮液制备高吸附性、高催化活性和高牢固度的负载型光催化剂。

通常光催化剂的比表面积越大，其催化活性越高，而光催化剂的使用量在一定范围内与其催化活性成正比。光催化剂原料如二氧化钛超细纳米颗粒间容易团聚，从而降低其应有的比表面积，影响光催化活性。因此，制作负载型光催化剂时，如果采用光催化粉末配制的浆液，必须充分分散光催化剂的纳米颗粒，最大限度地复原其原有的比表面积。

因此，本发明人提出了如下技术方案：一种高吸附负载型光催化剂的制备方法,包括如下步骤：

（1）分别称取光催化剂原料、固化剂、成膜剂、分散剂，加入到成膜助剂中混合溶解，超声波分散后得到光催化粉末悬浮浆液, 所述光催化剂原料优选为纳米粉末，其粒径为5-100纳米；

（2）将负载载体浸泡于所述光催化粉末悬浮浆液中，超声波分散后，静置；

（3）将步骤（2）中负载载体置于80-120℃温度内成膜干燥，干燥时间优选为1-8小时；

（4）将成膜干燥完毕的负载载体置于高温200-800℃烧结2-8小时，自然冷却后，得到高吸附负载型光催化剂。

所述光催化剂原料为二氧化钛、金属改性二氧化钛、非金属改性二氧化钛、三氧化钨中任意一种或几种，所述成膜剂为环氧改性有机硅树脂、环氧树脂、有机硅树脂中任意一种或几种，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中任意一种或几种，所述固化剂为碳酸钙，所述成膜助剂为乙醇、聚二乙醇、乙酸乙酯、异丙醇任意一种或几种。

所述金属改性二氧化钛为利用铁或铜改性的二氧化钛，所述非金属改性二氧化钛为氮掺杂改性二氧化钛或稀土改性二氧化钛或硅改性二氧化钛。

所述光催化粉末悬浮浆液中各组分的重量含量分别为，光催化剂原料为10-28%、固化剂为0.5-1.0%、成膜剂为8-30%，分散剂为0.2-2.5%，成膜助剂为40-80%。

所述步骤（1）中超声波时间为30-90分钟。

所述步骤（2）中超声波时间为3-10分钟，静置时间为20-60分钟。

所述步骤（3）中成膜干燥前先将泡沫陶瓷内的浆液滴净。

所述步骤（3）中成膜干燥温度为100℃，时间为2小时。

所述步骤（4）中温度为450℃，烧结时间为4小时。

所述负载载体为泡沫陶瓷、钛/镍金属发泡体、无纺布、天然或人工沸石中任意一种或几种。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用了有机成膜和无机固化强化相结合的镀膜方法，得到高牢固度的镀膜；

（2）本发明在在配制用于制作负载型光催化粉末悬浮浆液时，加入适量的分散剂和成膜助剂，使得载体上的光催化剂在烧结前干燥成膜时保持均匀；

（3）本发明将载体浸泡于光催化粉末悬浮浆液里，高温烧结，使光催化剂牢固的覆膜在载体的骨架上，同时，烧结促使成膜助剂彻底挥发；而且由于采用了成膜助剂和高温烧结工艺，促使成膜助剂在烧结时彻底挥发后，增加了光催化剂膜层内部的超细微孔，大幅度地提升了负载型光催化剂的空气吸附能力；

（4）本发明能使负载型光催化剂的负载量达到10%以上，而且，在设定最佳性价比的条件下可任意调节光催化剂的负载量；

（5）本发明得到的负载型光催化剂薄膜高度均匀，不堵塞过滤气孔，而且，粘附牢度高；

（6）本发明得到的负载型光催化剂保持了原材料光催化纳米粉末的强光催化活性；

（7）本发明由于采用了聚乙烯吡咯烷酮等作为分散剂，所得的负载型光催化剂具有较高的吸油性，能更好地吸附空气中的油性污染气溶胶，可通过光照催化氧化使其分解，进一步提升了其使用在过滤器中的净化空气作用。

附图说明

图1是本发明的负载型光催化剂在亚甲基蓝水溶液的光催化降解数据图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

（1）分别称取纳米二氧化钛、碳酸钙、聚乙烯吡咯烷酮、环氧改性有机硅树脂，加入乙酸乙酯中混合溶解，其中按重量计算，混合溶液中纳米二氧化钛17.93%，碳酸钙0.81%，环氧改性有机硅树脂18.16%，乙酸乙酯61.10%，聚乙烯吡咯烷酮2.0%，超声波分散60分钟，得到光催化粉末悬浮浆液；

（2）将泡沫陶瓷浸泡于上述光催化粉末悬浮浆液中，超声波分散3-5分钟后，静置30分钟；

（3）取出光催化粉末悬浮浆液中的泡沫陶瓷，待泡沫陶瓷孔径内的浆液滴净后，将其置于100℃内成膜干燥2小时；

（4）将干燥完毕的泡沫陶瓷置于高温450℃烧结4小时，自然冷却后，得到高吸附负载型光催化剂。

实施例2：

（1）分别称取纳米三氧化钨、碳酸钙、十二烷基硫酸钠、环氧树脂，加入聚二乙醇混合溶解，其中按重量计算，混合溶液中三氧化钨15.6%，碳酸钙1.0%，环氧树脂为20%，聚二乙醇61.40%，十二烷基硫酸钠2.0%，超声波分散90分钟，得到光催化粉末悬浮浆液；

（2）将泡沫陶瓷浸泡于上述光催化粉末悬浮浆液中，超声波分散3-5分钟后，静置60分钟；

（3）取出光催化粉末悬浮浆液中的泡沫陶瓷，，将其置于80℃内成膜干燥2小时；

（4）将干燥完毕的泡沫陶瓷置于高温800℃烧结2小时，自然冷却后，得到高吸附负载型光催化剂。

实施例3：

（1）分别称取纳米二氧化钛、碳酸钙、聚丙烯酸钠、环氧改性有机硅树脂，加入乙酸乙酯混合溶解，其中按重量计算，混合溶液中纳米二氧化钛10.0%，碳酸钙1.0%，环氧改性有机硅树脂25.0%，乙酸乙酯62.0%，聚乙烯吡咯烷酮2.0%，超声波分散30分钟以上，得到光催化粉末悬浮浆液；

（2）将镍金属发泡体浸泡于上述光催化粉末悬浮浆液中，超声波分散3-5分钟后，静置30分钟；

（3）取出光催化粉末悬浮浆液中的镍金属发泡体，待镍金属发泡体孔径内的浆液滴净后，将其置于120℃内成膜干燥2小时；

（4）将干燥完毕的镍金属发泡体置于高温200℃烧结8小时，自然冷却后，得到高吸附负载型光催化剂。

实施例4：

（1）分别称取纳米氮掺杂改性二氧化钛、碳酸钙、脂肪酸聚乙二醇酯、有机硅树脂，加入乙醇中混合溶解，其中按重量计算，混合溶液中纳米氮掺杂改性二氧化钛15.0%，碳酸钙0.8%，有机硅树脂10.0%，乙醇72.0%，脂肪酸聚乙二醇酯2.2%，超声波分散30分钟以上，得到光催化粉末悬浮浆液；

（2）将人工沸石浸泡于上述光催化粉末悬浮浆液中，超声波分散3-5分钟后，静置30分钟；

（3）取出光催化粉末悬浮浆液中的人工沸石，待人工沸石孔径内的浆液滴净后，将其置于100℃内成膜干燥2小时；

（4）将干燥完毕的人工沸石置于高温600℃烧结4小时，自然冷却后，得到高吸附负载型光催化剂。

实施例1-4制备的负载型光催化剂在载体上分散均匀，光催化活性好，粘附性极佳，具有超强吸附作用。下面对其各性能进行分析。

（1）空气净化性能以封闭式方法测试实施例1-3对乙醛污染气体的分解性能。将实施例1-3制备的负载型光催化剂置于密封式容器中，通入乙醛气体，使容器内的乙醛气体达到500ppm以上（实测值为：806.65ppm），之后在1.0 ± 0.1 mW/cm²的UV-A底下照射24小时，容器内的乙醛浓度降至222.85ppm以下，光催化乙醛去除率达到81%以上，而黑暗条件下负载型光催化剂的乙醛去除率为0。

（2）亚甲基蓝染料的吸附性能和分解性能将实施例1制备的光催化剂浸泡于250ml、10%的亚甲基蓝水溶液中仅2小时，可将溶液中87%以上的亚甲基蓝染料成分吸附于光催化剂负载泡沫陶瓷的骨架表面，而无光催化负载的泡沫陶瓷仅吸附了22%。之后在365纳米波长的UV-A照射下，24小时后，连同水溶液中剩余的亚甲基蓝染料成分一起，约96%的染料成分被光催化降解，如图1所示。

综上所述，尽管本发明的具体实施方式对本发明进行了详细描述，但本领域一般技术人员应该明白的是，上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例的描述，而非对本发明保护范围的限制，本领域一般技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤：

（1）分别称取光催化剂原料、固化剂、成膜剂、分散剂，加入到成膜助剂中混合溶解，超声波分散后得到光催化粉末悬浮浆液；

（3）将步骤（2）中负载载体置于80-120℃温度内成膜干燥；

2.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述光催化剂原料为二氧化钛、金属改性二氧化钛、非金属改性二氧化钛、三氧化钨中任意一种或几种，所述成膜剂为环氧改性有机硅树脂、环氧树脂、有机硅树脂中任意一种或几种，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中任意一种或几种，所述固化剂为碳酸钙，所述成膜助剂为乙醇、聚二乙醇、乙酸乙酯、异丙醇任意一种或几种。

3.如权利要求2所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述金属改性二氧化钛为利用铁或铜改性的二氧化钛，所述非金属改性二氧化钛为氮掺杂改性二氧化钛或稀土改性二氧化钛或硅改性二氧化钛。

4.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述光催化粉末悬浮浆液中各组分的重量含量分别为，光催化剂原料为10-28%、固化剂为0.5-1.0%、成膜剂为8-30%，分散剂为0.2-2.5%，成膜助剂为40-80%。

5.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述步骤（1）中超声波时间为30-90分钟。

6.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述步骤（2）中超声波时间为3-10分钟，静置时间为20-60分钟。

7.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述步骤（3）中成膜干燥前先将泡沫陶瓷内的浆液滴净。

8.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述步骤（3）中成膜干燥温度为100℃，时间为2小时。

9.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述步骤（4）中温度为450℃，烧结时间为4小时。

10.如权利要求1所述的高吸附负载型光催化剂的制备方法,其特征在于：所述负载载体为泡沫陶瓷、钛/镍金属发泡体、无纺布、天然或人工沸石中任意一种或几种。