CN108671925B - 纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种纳米TiO2‑非晶铜基合金复合光催化材料及其制备方法与用途，本申请将微米级非晶铜基合金与纳米二氧化钛的各自催化特性的相互结合，对光催化剂进行了成分强化与工艺强化，成分强化结合工艺强化实现了强强联合，从而提高了光催化剂的光催化性能，提高了光催化剂对有机污染物的光催化降解的质量与效率。
Description
技术领域
本发明涉及复合光催化材料技术领域，尤其是涉及一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料及其制备方法与用途。
背景技术
近几年来，关于对有机污染物的光催化降解研究的报道逐渐增多。
锐钛矿TiO2是一种良好的光催化剂，在水中稳定、无毒，在一定强度的光照下会激发产生电子和空穴，进而产生光催化效果。它的光生空穴能够氧化分解绝大多数有害的有机物质，并且最终将它们分解为无害的无机物。它具有以下优点：一是它可以使废水中所含多种有机污染物被完全降解为CO2、H2O等，无机污染物被氧化或还原为无害物；二是反应条件温和、能耗低、在紫外光照射或暴露在太阳光下即可发生反应；三是它具有廉价、无毒、稳定及可以重复使用等优点；四是所需设备结构简单、操作条件容易控制，无二次污染；五是未来可以利用取之不尽、用之不竭的太阳能作为激活光催化剂的光源。目前国内外许多学者在试验室研究用纳米TiO2处理有机污染物，并取得一定的进展，但TiO2粉末的密度远远大于水(锐钛矿型TiO2的密度为3.84g/cm3，金红石型TiO2的密度为4.26g/cm3)，会沉于水底，不能与水面上的油接触，而且粉体粒径较小，不易回收而造成二次污染。
非晶态合金的原子排列短程有序长程无序的特点使其成了结构均匀与极端缺陷的统一体，原子排列极度无序状态使其处于高度的配位不饱和状态因而存在较多的催化活性中心，因此成为一种较好的催化材料。由于非晶态合金中的原子排布的高度不饱和性，使其具有更多更均匀的催化活性中心，大大提高了催化效果，同时在反应过程中非晶的微观结构变化对降解过程具有促进作用。
因此，如何提高光催化剂的光催化性能，提高光催化剂对有机污染物的光催化降解的质量与效率是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，以提高光催化剂的光催化性能，提高光催化剂对有机苯酚污染物的光催化降解的质量与效率。本发明实施例的另外一个目的是提供一种上述纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法。本发明实施例的另外一个目的是提供一种上述纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的用途。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：10％～25％的纳米二氧化钛粉末，45％～65％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：3％～5％的Zr，5％～15％的Ni，0.3％～1％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为30μm～100μm。
优选的，所述纳米二氧化钛粉末的粒径为30nm～80nm。
一种上述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取非晶铜基合金原料在氩气保护下进行球磨处理，制得粒径为30μm～100μm的非晶铜基合金粉末；
2)制备纳米二氧化钛粉末，然后将纳米二氧化钛粉末在氮气保护下进行焙烧处理；
3)将步骤1)制得的非晶铜基合金粉末、步骤2)焙烧后的纳米二氧化钛粉末以及二氧化硅粉末混合后进行球磨处理；
然后将混合球磨处理后的球磨粉末在氮气保护下进行焙烧处理；完成后制得纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料。
优选的，采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛粉末：首先将钛酸四丁酯溶解在装有乙醇溶液的烧杯中，然后加入冰醋酸溶液并进行初步的搅拌；
然后再加入蒸馏水进行搅拌，且同时将温度控制在75℃；
反应完毕后过滤，然后将滤渣放在80℃下保持32h；完成后制得纳米二氧化钛粉末。
优选的，步骤2)中将纳米二氧化钛粉末在氮气保护下在500℃下焙烧3h。
上述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料或上述中的任意一项所述的制备方法所制备的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料用于光催化降解有机污染物的用途。
优选的，所述有机污染物为苯酚溶液。
本申请提供了一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：10％～25％的纳米二氧化钛粉末，45％～65％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：3％～5％的Zr，5％～15％的Ni，0.3％～1％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
本申请将微米级非晶铜基合金与纳米二氧化钛的各自催化特性的相互结合，在日光条件下，甚至是自然环境中，二者协同作用快速、高效处理高浓度苯酚染料，通过微米级非晶铜基合金与纳米二氧化钛的结合发挥各自的特点和优势，使该复合光催化材料具备更加优异的催化性能和更大的提升空间；
本申请还提供了一种基于上述组分配方的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法及其用途；
本申请对光催化降解有机污染物的催化剂进行了成分强化与工艺强化，成分强化结合工艺强化实现了强强联合，从而提高了催化剂的光催化性能，提高了催化剂对有机污染物的光催化降解的质量与效率。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料光催化降解处理苯酚溶液的处理效率图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本申请提供了一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：10％～25％的纳米二氧化钛粉末，45％～65％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：3％～5％的Zr，5％～15％的Ni，0.3％～1％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为30μm～100μm。
在本申请的一个实施例中，所述纳米二氧化钛粉末的粒径为30nm～80nm。
本申请还提供了一种上述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取非晶铜基合金原料在氩气保护下进行球磨处理，制得粒径为30μm～100μm的非晶铜基合金粉末；
2)制备纳米二氧化钛粉末，然后将纳米二氧化钛粉末在氮气保护下进行焙烧处理；
3)将步骤1)制得的非晶铜基合金粉末、步骤2)焙烧后的纳米二氧化钛粉末以及二氧化硅粉末混合后进行球磨处理；
然后将混合球磨处理后的球磨粉末在氮气保护下进行焙烧处理；完成后制得纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料。
在本申请的一个实施例中，采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛粉末：首先将钛酸四丁酯溶解在装有乙醇溶液的烧杯中，然后加入冰醋酸溶液并进行初步的搅拌；
然后再加入蒸馏水进行搅拌，且同时将温度控制在75℃；
反应完毕后过滤，然后将滤渣放在80℃下保持32h；完成后制得纳米二氧化钛粉末。
在本申请的一个实施例中，步骤2)中将纳米二氧化钛粉末在氮气保护下在500℃下焙烧3h。
在本申请的一个实施例中，步骤3)中将混合球磨处理后的球磨粉末在氮气保护下在 500℃下焙烧3h。
在本申请的一个实施例中，上述二氧化硅粉末的粒径为10μm～100μm。
上述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料或上述中的任意一项所述的制备方法所制备的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料用于光催化降解有机污染物的用途。
在本申请的一个实施例中，所述有机污染物为苯酚溶液。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料及其制备方法与用途进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：10％的纳米二氧化钛粉末，45％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：4％的Zr，10％的Ni，0.6％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为65μm；
所述纳米二氧化钛粉末的粒径为55nm；
上述二氧化硅粉末的粒径为50μm。
本实施例1提供的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料光催化降解处理苯酚溶液的处理效率见图1中的实心圆形的45％Cu非晶折线。
实施例2
一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：10％的纳米二氧化钛粉末，55％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：4％的Zr，10％的Ni，0.6％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为65μm；
所述纳米二氧化钛粉末的粒径为55nm；
上述二氧化硅粉末的粒径为50μm。
本实施例2提供的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料光催化降解处理苯酚溶液的处理效率见图1中实心正三角形的55％Cu非晶折线。
实施例3
一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：10％的纳米二氧化钛粉末，65％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：4％的Zr，10％的Ni，0.6％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为65μm；
所述纳米二氧化钛粉末的粒径为55nm；
上述二氧化硅粉末的粒径为50μm。
本实施例3提供的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料光催化降解处理苯酚溶液的处理效率见图1中的实心左向三角形的65％Cu非晶折线。
实施例4
一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：15％的纳米二氧化钛粉末，60％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：4％的Zr，10％的Ni，0.6％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为65μm；
所述纳米二氧化钛粉末的粒径为55nm；
上述二氧化硅粉末的粒径为50μm。
本实施例4提供的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料光催化降解处理苯酚溶液的处理效率见图1中的实心倒三角形的15％TiO2折线。
实施例5
一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料，由下列质量百分数的原料制成：25％的纳米二氧化钛粉末，60％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：4％的Zr，10％的Ni，0.6％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为65μm；
所述纳米二氧化钛粉末的粒径为55nm；
上述二氧化硅粉末的粒径为50μm。
本实施例5提供的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料光催化降解处理苯酚溶液的处理效率见图1中的实心右向三角形的25％TiO2折线。
对比例1
对比例1采用粒径为30nm～80nm的纳米二氧化钛粉末光催化降解处理苯酚溶液，其处理效率见图1中的实心正方形的TiO2折线。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (5)
1.一种纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取非晶铜基合金原料在氩气保护下进行球磨处理，制得粒径为30μm～100μm的非晶铜基合金粉末；
2)制备纳米二氧化钛粉末，然后将纳米二氧化钛粉末在氮气保护下进行焙烧处理；
3)将步骤1)制得的非晶铜基合金粉末、步骤2)焙烧后的纳米二氧化钛粉末以及二氧化硅粉末混合后进行球磨处理；
然后将混合球磨处理后的球磨粉末在氮气保护下进行焙烧处理，完成后制得纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料；
纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料由下列质量百分数的原料制成：10％～25％的纳米二氧化钛粉末，45％～65％的非晶铜基合金粉末，余量的二氧化硅粉末；
所述非晶铜基合金粉末包括以下质量百分数的组分：3％～5％的Zr，5％～15％的Ni，0.3％～1％的Al，余量的Cu以及不可避免的杂质；
所述非晶铜基合金粉末的粒径为30μm～100μm。
2.根据权利要求1所述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛粉末的粒径为30nm～80nm。
3.根据权利要求1所述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛粉末：首先将钛酸四丁酯溶解在装有乙醇溶液的烧杯中，然后加入冰醋酸溶液并进行初步的搅拌；
然后再加入蒸馏水进行搅拌，且同时将温度控制在75℃；
反应完毕后过滤，然后将滤渣放在80℃下保持32h；完成后制得纳米二氧化钛粉末。
4.根据权利要求1所述的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中将纳米二氧化钛粉末在氮气保护下在500℃下焙烧3h。
5.权利要求1～4中的任意一项所述的制备方法所制备的纳米TiO2-非晶铜基合金复合光催化材料用于光催化降解有机污染物的用途；
所述有机污染物为苯酚溶液。
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