CN109482190A - 一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109482190A CN109482190A CN201811576658.1A CN201811576658A CN109482190A CN 109482190 A CN109482190 A CN 109482190A CN 201811576658 A CN201811576658 A CN 201811576658A CN 109482190 A CN109482190 A CN 109482190A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc titanate
- catalysis material
- foamed nickel
- preparation
- zntio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 128
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 64
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims abstract description 52
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910003122 ZnTiO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 21
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 17
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 5
- JRFBNCLFYLUNCE-UHFFFAOYSA-N zinc;oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zn+2] JRFBNCLFYLUNCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 17
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012043 crude product Substances 0.000 claims description 7
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 7
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 7
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 6
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 6
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052861 titanite Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 26
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 15
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 abstract description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 19
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 18
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 11
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 8
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 7
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 229910010252 TiO3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HGWOWDFNMKCVLG-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[Ti+4].[Ti+4] Chemical compound [O--].[O--].[Ti+4].[Ti+4] HGWOWDFNMKCVLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000010919 dye waste Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- WEUCTTBUEWINIJ-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc;dihydrate Chemical compound O.O.[Zn].CC(O)=O WEUCTTBUEWINIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/80—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/305—Endocrine disruptive agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种泡沫镍负载钛酸锌的光催化材料及其制备方法,以泡沫镍作为基体,将钛酸锌模版剂混合悬浊液均匀涂覆薄层形成了钛酸锌/模版剂复合载体,经模板剂溶出液浸泡溶出后烘干,形成泡沫镍负载钛酸锌(ZnTiO3)光催化材料。首先以聚四氟乙烯(PTFE)和乙醇形成悬浊液A,再将一定比例的ZnTiO3、模版剂放入到悬浊液A中,形成悬浊液B,然后将悬浊液B均匀的涂覆到泡沫镍上,烘干后将其浸泡到模板剂溶出溶液中进行模板剂溶出,接着用去离子水冲洗、烘干,最后得到负载型泡沫镍负载ZnTiO3光催化材料。本发明实现了泡沫镍负载ZnTiO3光催化材料的制备,材料之间结合力牢固,所得的产品紫外光区段下,对有机物降解具有较高的催化活性,具有使用寿命长、容易回收、无二次污染等显著优点;整个工艺操作简单、周期短、节约能源、制造成本低。本发明涉及一种水处理光催化材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理光催化材料,一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法。
背景技术
纳米TiO2粉体在近些年来的研究中已经被证实是一种高效、无毒、稳定的光催化材料,无论是在液相反应还是气相反应中都具备有良好的光催化活性,但由于TiO2禁带宽度较宽(3.2eV锐钛矿相,3.0eV金红石相),使其只能吸收占太阳光总能量很少的紫外光。同时因TiO2光生电子与空穴复合快,导致其光量子效率低。目前研究人员采用过渡金属离子掺杂、半导体复合等方法拓宽其光响应区域,抑制光生电子与空穴复合来提高其光催化性能。
近年来研究者发现ABO3型的钙钛矿型复合氧化物结构,具有多种特殊的物理和化学性质。由于其稳定的晶体结构,优越的电磁性能和高催化活性,被广泛应用于环境保护和工业催化领域。钛酸锌(ZnTiO3)是一种典型钙钛矿型物质,其纳米粉体在污染物降解方面表现出良好的光催化性能,具有较好的应用前景广。Xin等人在文章《Synthesis andcharacterization of ZnTiO3with high photocatalytic activity》中通过水热法和离子交换法制备了钙钛矿型ZnTiO3,在700℃下煅烧3h得到ZnTiO3粉末。经过20min氙光照射后,ZnTiO3(0.3g/L)对15mg/L的甲基橙溶液的降解率为95.3%,在相同反应条件下,高于商用催化剂P25。姚志富等人在学位论文《钛酸锌基光催化材料的制备及其光催化性能研究》中通过溶胶凝胶法制备立方相ZnTiO3,500W氙灯照射150min后,亚甲基蓝的降解率可达75.3%,表现出良好的光催化性能。Chengcheng等人在文章《fibers prepared byelectrospinning and their photocatalytic properties》中通过溶胶-凝胶、静电纺丝和煅烧技术相结合的方法制备珠状ZnTiO3纤维,700℃下煅烧3.5小时下可获得。模拟太阳光照3h可将甲基紫降解完全。Yue等人在文章《Synthesis and characterization ofmesoporous ZnTiO3rods via a polyvinylpyrrolidone assisted sol–gel method》中以PVP为模板剂,通过溶胶-凝胶法制备介孔ZnTiO3棒,紫外光照射70min后,对罗丹明B的降解率可达97%。
但是由于粉末状的纳米ZnTiO3颗粒细微、悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒、难以回收、催化剂活性成分损失较大、不利于催化剂的再生和再利用等缺点,制约了其在实际中的广泛应用。为解决纳米粉体催化剂难回收等问题,以及进一步提高其光催化活性,近年来研究者采用光催化剂固定化法,将粉体光催化剂负载于载体上,实现催化剂与处理液有效分离,同时克服悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒等缺点。目前已经应用的载体材料有陶瓷、不锈钢、空心玻璃珠等,陶瓷、玻璃空心球易碎,不锈钢比重大且贵,难以工业化应用。因此特性优良的光催化剂载体越来越受到研究者的关注。
2013年吴平霄等人发明专利《一种具有可见光催化活性的复合材料及其制备方法》(专利号ZL2012105608902)采用有机柱撑粘土为载体,钛酸锌为改性剂,负载了二氧化钛。粘土矿物是一类具有层状结构含有不同化学组成的和表面性质各异的岩石,具有颗粒微小、表面积大、吸附性能好的特性,通过一般沉淀手段即可实现固液分离。该方法二氧化钛、钛酸锌与粘土结合在一起,光催化过程中受光照的有效面积较小;实际处理过程中会存在微小颗粒难于固液分离的问题,粘土密度较大,容易沉积;吸附性过强,后期催化剂再生条件较为苛刻。
2017年王英杰等人发明专利《一种光催化钛酸锌多孔陶瓷及其制备方法》是采用传统氧化物混合烧结法制备钛酸锌系多孔陶瓷,通过控制二氧化钛、氧化锌、助熔剂、造孔剂等原料的加入量,调节烧结温度、保温时间以及升温速率等,使烧结的多孔陶瓷具备较好的开孔率、耐腐蚀性以及光催化性能。该方法钛酸锌与陶瓷结合在一起,陶瓷密度较大,容易沉积,在光降解催过程中受光照的有效面积较小;容易被污染,被污染后催化再生条件苛刻;陶瓷质硬,陶瓷抗拉强度差,使用中不能塑型。
近年来泡沫镍因其具有三维网状结构、孔隙率高、比表面积大、质量轻、良好稳定性、导电性、流体特性、抗拉强度高、可塑性强等特点,逐渐被用于光催化剂的载体。
鉴于催化剂载体有着各自的优点和不足,我们将首次提出制备一种泡沫镍负载ZnTiO3光催化材料,该材料实现了催化反应体系中的固液分离,解决了悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒等缺点,有效的提高了光催化处理效果。在我国环境污染形式仍十分严峻的今天,研制开发制备高效的复合负载型光催化剂,既有理论意义,又有实用价值,同时也符合实际应用中对材料的相关要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料,相应的另一个要解决的技术问题是提供一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料的制备方法,解决粉末状的纳米ZnTiO3颗粒细微、难以回收、催化剂活性成分损失较大、不利于催化剂的再生和再利用及进一步提高负载后催化剂降解效果。
一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法按照以下步骤进行:
1)将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,最后低温烘干4-6h备用;
2)将一定比例的ZnTiO3和模板剂均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
3)将一定比例的聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇进行混合,然后磁力搅拌形成均匀的悬浊液A;
4)在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/模板剂混合粉体放入上述悬浊液中A,形成均匀的悬浊液B;
5)将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,进行烘干;
6)烘干后将其粗产品浸泡在模板剂溶出液中溶出模板剂,然后取出,用去离子水冲洗至中性,然后进行烘干,最终得到负载型ZnTiO3光催化材料。
步骤二中ZnTiO3和硬模版剂的质量比为1:(0.4~1.0)。
步骤二中模板剂是指市售商品化SiO2、Al2O3或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
步骤二中ZnTiO3的制备(文献已有方法)
采用水热辅助溶胶-凝胶法制备纳米ZnTiO3。首先,将3.7044g柠檬酸溶于20ml无水乙醇中,将0.6g CTAB加入到上述溶液中,磁力搅拌至表面活性剂完全溶解。在搅拌条件下缓慢加入3ml钛酸四丁酯,得到溶液A。将1.9347g二水合乙酸锌溶于10ml无水乙醇中,称为溶液B。在持续磁力搅拌条件下,将溶液B用分液漏斗逐滴加入到溶液A中,控制滴入速率为5s/滴,控制搅拌速率保证溶液不产生气泡,不飞溅液滴。约1h后滴液完成,用HNO3调节pH至pH为3,混合溶液继续搅拌3h,得到透明溶胶。将溶胶转移至高压反应釜中,100℃下老化12h。将得到的白色固体用去离子水洗涤干净,350℃下煅烧2h得到前驱体,将前驱体研磨后在800℃下煅烧5h,得到纳米ZnTiO3粉体。
步骤三中聚四氟乙烯(PTFE)与无水乙醇的体积比为:1:5,磁力搅拌时间2~4min;
步骤四中磁力搅拌时间3~5min;
步骤五中烘干温度为60℃~80℃,烘干时间为3~4h。
步骤六中模板溶出剂为1mol/LnaOH或去离子水,浸泡时间为2h,烘干温度为60℃~80℃,烘干时间为5~6h。
本发明的有益效果如下:
本发明提供的制备方法,用泡沫镍为基体,采用粘结剂进行负载ZnTiO3,通过模版剂进行优化。模板剂有助于增加负载型催化材料的空隙率及表面积。该方法制备的光催化材料,解决粉末状的纳米ZnTiO3颗粒细微、难以回收、催化剂活性成分损失较大、不利于催化剂的再生和再利用等问题。
本发明提供的制备方法制备出的光催化材料性能优越,具有孔隙率较高、机械强度高、耐腐蚀性强等性能,负载的纳米ZnTiO3牢固性好,光催化反应活性高。在紫外光区段下,对有机物降解具有较高的催化活性,使用寿命长、容易回收、无二次污染等显著优点;整个工艺操作简单、周期短、节约能源、制造成本低。
本发明所示的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料用于光催化分解有机染料废水,以紫外光为光源(30W)。光催化反应时,在搅拌情况下进行,负载一定量催化剂,在一定时间内(1~2.5h),降解一定浓度的罗丹明B、亚甲基蓝等有机染料废水。例如,催化降解5mg/L罗丹明B溶液,取100ml罗丹明B溶液,每片负载催化剂0.1g,在紫外光下进行催化反应,每隔30min取样5ml溶液样品,用分光光度计测定溶液的吸光度来检测溶液浓度的变化,从而计算出有机染料的讲解率。
附图说明
图1、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料中ZnTiO3的XRD谱图
图2、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料的XRD谱图
图3、采用本发明方法制备采用的负载材料泡沫镍SEM(500倍)照片
图4、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料的SEM(500倍)照片
图5、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料的SEM(50000倍)照片
图6、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料在紫外光下对罗丹明B溶液的降解效率与光催化时间的关系曲线图
图7、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料在紫外光下对亚甲基蓝溶液的降解效率与光催化时间的关系曲线图
图8、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料在紫外光下对罗丹明B溶液7次循环使用降解效率与光催化时间的关系曲线图
图9、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料7次使用后的SEM(500倍)照片
图10、采用本发明方法制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料7次使用后的SEM(50000倍)照片
用制备的泡沫镍负载钛酸锌光催化材料光催化降解5mg/L罗丹明B溶液,在30W紫外光下室温搅拌2.5小时,降解率达到97.98%;用制备的泡沫镍负载ZnTiO3光催化材料光催化降解5mg/L亚甲基蓝溶液,在30W紫外光下室温搅拌2.5小时,降解率达到94.16%。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法,以泡沫镍作为基体,将钛酸锌/模版剂均匀涂覆薄层形成了ZnTiO3载体,经模板溶出剂NaOH浸泡烘干,形成泡沫镍负载钛酸锌光催化材料
实施例1
泡沫镍负载钛酸锌光催化材料制备方法
将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,80℃烘干5h备用;
将ZnTiO3和SiO2按质量比:1:1.2均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
将聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇按照体积比1:5进行混合,然后磁力搅拌4min,形成均匀的悬浊液A;在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/SiO2混合粉体放入上述悬浊液A中,继续搅拌5min,形成均匀的悬浊液B;
将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,在80℃烘干4h;烘干后将其粗产品浸泡在lmoL/L的NaOH溶液中,然后取出,用去离子水冲洗至中性(pH=7),然后在80℃烘干6h,最终得到泡沫镍负载钛酸锌光催化材料。
实施例2
泡沫镍负载钛酸锌光催化材料制备方法
将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,80℃烘干5h备用;
将ZnTiO3和SiO2按质量比为1:1均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
将聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇按照体积比1:5进行混合,然后磁力搅拌4min,形成均匀的悬浊液A;在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/SiO2混合粉体放入上述悬浊液A中,继续搅拌5min,形成均匀的悬浊液B;
将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,在80℃烘干4h;烘干后将其粗产品浸泡在lmol/L的NaOH溶液中,然后取出,用去离子水冲洗至中性(pH=7),然后在80℃烘干6h,最终得到泡沫镍负载钛酸锌光催化材料。
实施例3
泡沫镍负载钛酸锌光催化材料制备方法
将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,80℃烘干5h备用;
将ZnTiO3和SiO2按质量比:1:0.8均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
将聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇按照体积比1:5进行混合,然后磁力搅拌4min,形成均匀的悬浊液A;在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/SiO2混合粉体放入上述悬浊液A中,继续搅拌5min,形成均匀的悬浊液B;
将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,在80℃烘干4h;烘干后将其粗产品浸泡在lmol/L的NaOH溶液中,然后取出,用去离子水冲洗至中性(pH=7),然后在80℃烘干6h,最终得到泡沫镍负载钛酸锌光催化材料。
实施例4
泡沫镍负载钛酸锌光催化材料制备方法
将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,80℃烘干5h备用;
将ZnTiO3和SiO2按质量比:1:0.6均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
将聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇按照体积比1:5进行混合,然后磁力搅拌4min,形成均匀的悬浊液A;在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/SiO2混合粉体放入上述悬浊液A中,继续搅拌5min,形成均匀的悬浊液B;
将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,在80℃烘干4h;烘干后将其粗产品浸泡在lmol/L的NaOH溶液中,然后取出,用去离子水冲洗至中性(pH=7),然后在80℃烘干6h,最终得到泡沫镍负载钛酸锌光催化材料。
实施例5
泡沫镍负载钛酸锌光催化材料制备方法
将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,80℃烘干5h备用;
将ZnTiO3和SiO2按质量比:1:0.4均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
将聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇按照体积比1:5进行混合,然后磁力搅拌4min,形成均匀的悬浊液A;在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/SiO2混合粉体放入上述悬浊液A中,继续搅拌5min,形成均匀的悬浊液B;
将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,在80℃烘干4h;烘干后将其粗产品浸泡在lmol/L的NaOH溶液中,然后取出,用去离子水冲洗至中性(pH=7),然后在80℃烘干6h,最终得到泡沫镍负载钛酸锌光催化材料。
Claims (7)
1.一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料,包括钛酸锌、聚四氟乙烯、模板剂,其特征在于泡沫镍表面负载了钛酸锌。
2.根据权利要求1所述一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料的制备方法,其特征在于一种泡沫镍负载钛酸锌光催化剂的材料制备方法按照以下步骤进行:
1)将泡沫镍(2cm×5cm)放入无水乙醇中浸泡20min,然后取出,用去离子水冲洗干净,再将其放入0.1mol/L的稀盐酸中浸泡10min,取出后,去离子水超声清洗20min,最后低温烘干4~6h备用;
2)将一定比例的钛酸锌(ZnTiO3)和模版剂均匀混合,然后放入玛瑙研钵内研磨10min;
3)将一定比例的聚四氟乙烯(PTFE)、无水乙醇进行混合,然后磁力搅拌形成均匀的悬浊液A;
4)在磁力搅拌的条件下,将研磨好的ZnTiO3/模版剂混合粉体放入上述悬浊液A中,形成均匀的悬浊液B;
5)将悬浊液B均匀涂覆到泡沫镍(2cm×5cm)片上,然后将其放置在烘干箱中,进行烘干;
6)烘干后将其粗产品浸泡在模板剂溶出液中溶出模板剂,然后取出,用去离子水冲洗至中性,然后进行烘干,最终得到负载型ZnTiO3光催化材料。
3.根据权利要求2所述一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法,其特征在于步骤二中ZnTiO3和硬模版剂的质量比为1:(0.4~1.2)。
4.根据权利要求2所述一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法,其特征在于步骤二中膜版剂是指商品化SiO2、Al2O3或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
5.根据权利要求2所述一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法,其特征在于步骤三中聚四氟乙烯(PTFE)与无水乙醇的体积比为1:5。
6.根据权利要求2所述一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法,其特征在于步骤五烘干温度为60℃~80℃,烘干时间为3~4h。
7.根据权利要求2所述一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法,其特征在于步骤六中模板剂溶出剂为1mol/L的NaOH或去离水,浸泡时间为2h,烘干温度为60℃~80℃,烘干时间为5~6h。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811576658.1A CN109482190B (zh) | 2018-12-23 | 2018-12-23 | 一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811576658.1A CN109482190B (zh) | 2018-12-23 | 2018-12-23 | 一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109482190A true CN109482190A (zh) | 2019-03-19 |
CN109482190B CN109482190B (zh) | 2021-04-06 |
Family
ID=65711399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811576658.1A Active CN109482190B (zh) | 2018-12-23 | 2018-12-23 | 一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109482190B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110302817A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-10-08 | 广东工业大学 | 一种泡沫镍负载碳酸银复合光催化材料及其制备方法和应用 |
CN112108183A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-22 | 西安交通大学 | 一种在柔性纤维基底上的光催化剂固载方法 |
CN113198481A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-03 | 淮阴师范学院 | 一种钙钛矿光催化剂的制备方法 |
CN113413901A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-21 | 大连海事大学 | 一种可回收型可见光催化剂的制备方法及其在剩余污泥中的应用 |
CN115920879A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-07 | 辽宁大学 | 一种铬掺杂钛酸锌光催化剂及其制备方法与应用 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106334562A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-18 | 郑州峰泰纳米材料有限公司 | 石墨烯‑泡沫镍负载纳米TiO2的光催化材料及其制备方法 |
CN107098381A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-29 | 哈尔滨商业大学 | 特殊形貌的钛酸锌光催化材料的制备方法 |
CN108993514A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-12-14 | 金华职业技术学院 | 一种黑色TiO2-泡沫镍催化剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-12-23 CN CN201811576658.1A patent/CN109482190B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106334562A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-18 | 郑州峰泰纳米材料有限公司 | 石墨烯‑泡沫镍负载纳米TiO2的光催化材料及其制备方法 |
CN107098381A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-29 | 哈尔滨商业大学 | 特殊形貌的钛酸锌光催化材料的制备方法 |
CN108993514A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-12-14 | 金华职业技术学院 | 一种黑色TiO2-泡沫镍催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JI-ZHOU KONG等: "Preparation, characterization and photocatalytic properties of ZnTiO3 powders", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》 * |
贾佳琳: "石墨/TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110302817A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-10-08 | 广东工业大学 | 一种泡沫镍负载碳酸银复合光催化材料及其制备方法和应用 |
CN112108183A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-22 | 西安交通大学 | 一种在柔性纤维基底上的光催化剂固载方法 |
CN113198481A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-03 | 淮阴师范学院 | 一种钙钛矿光催化剂的制备方法 |
CN113198481B (zh) * | 2021-05-06 | 2023-08-22 | 淮阴师范学院 | 一种钙钛矿光催化剂的制备方法 |
CN113413901A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-21 | 大连海事大学 | 一种可回收型可见光催化剂的制备方法及其在剩余污泥中的应用 |
CN113413901B (zh) * | 2021-06-22 | 2023-10-03 | 大连海事大学 | 一种可回收型可见光催化剂的制备方法及其在剩余污泥中的应用 |
CN115920879A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-07 | 辽宁大学 | 一种铬掺杂钛酸锌光催化剂及其制备方法与应用 |
CN115920879B (zh) * | 2022-12-23 | 2024-03-26 | 辽宁大学 | 一种铬掺杂钛酸锌光催化剂及其制备方法与应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109482190B (zh) | 2021-04-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109482190A (zh) | 一种泡沫镍负载钛酸锌光催化材料及其制备方法 | |
CN106582892B (zh) | 纳米TiO2涂层结构及其制备方法和用途 | |
CN103657623B (zh) | 微球型二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
CN107185515B (zh) | 一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法 | |
CN108525667A (zh) | 金属有机框架衍生四氧化三钴修饰二氧化钛纳米管阵列的制备方法 | |
JP2009519889A (ja) | 修飾されたナノ構造チタニア材料及び製造方法 | |
CN105217676B (zh) | 具有纳米片及纳米多孔结构的氧化钛气凝胶及其制备方法 | |
CN102527410B (zh) | 炭纤维毡负载CdS/TiO2复合光催化材料的制备方法 | |
CN104226287B (zh) | 纳米二氧化钛光催化剂薄膜的制备工艺 | |
CN1321743C (zh) | 含铋复合氧化物BiMO4和Bi2NO6型半导体光催化剂及制备和应用 | |
CN104941662A (zh) | 一种Ag/BFeO3复合光催化剂的制备方法 | |
CN110102322A (zh) | 花状的Ag@AgBr/ZnO光催化材料的制备方法 | |
CN107008240A (zh) | 氧化铝开孔泡沫陶瓷负载Si掺杂的纳米晶二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
CN107522169A (zh) | 一种常温制备纳米氧化物的纯有机均相沉积法 | |
CN104387119A (zh) | 二氧化钛光催化自洁陶瓷及其制备方法 | |
CN108341628A (zh) | 一种基于纳米改性陶粒的光催化喷浆涂层的制备方法 | |
CN102125831B (zh) | 介孔Bi2O3/TiO2纳米光催化剂的制备方法 | |
CN109482191A (zh) | 一种泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料及其制备方法 | |
CN109046450A (zh) | 一种BiOCl/(BiO)2CO3负载的醋酸纤维素/丝素杂化膜的制备方法和应用 | |
CN107570159A (zh) | 一种制备高性能黑色TiO2光催化剂的方法 | |
CN107841777B (zh) | 一种钨掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法 | |
CN100444952C (zh) | 负载型纳米晶粒二氧化钛光催化剂的制备方法 | |
CN106902797A (zh) | 表面负载光催化活性层的轻质泡沫陶瓷复合材料 | |
CN109967122A (zh) | 固载型催化剂及其制备方法与应用 | |
CN104984766B (zh) | 一类B/POMs/TiO2三元复合光催化材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |