CN113926469A - 一种光触媒活性炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种光触媒活性炭的制备方法，包括以下步骤：步骤A：将钛铁矿加工形成细条状或扁平结构，并将加工后的钛铁矿放置于容器中，步骤B：在容器中倒入硫酸，并持续在容器中通入空气，持续对加工后的钛铁矿进行搅拌，步骤C：在搅拌的同时，在容器中放入水和活性炭，得到TiO2和H2SO4，并确保活性炭整个浸泡在步骤B的溶液中，步骤D：将活性炭取出，在活性炭表面溶液半干状态下时，在活性炭表面均匀沾上玻璃碎渣，玻璃碎渣可通过淋洒或滚动粘合的方式进行均匀设置，步骤E：在玻璃碎渣外侧粘上玻璃粉溶液，同理玻璃粉溶液可通过淋洒或滚动粘合的方式进行均匀设置。
Description
技术领域
本发明涉及光触媒活性炭技术领域，具体涉及一种光触媒活性炭的制备方法。
背景技术
光触媒是光+触媒(催化剂)的合成词，且光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是当前国际上治理室内环境污染的最理想材料。
光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。光触媒的特性为利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳跟水，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，理论上有效期非常长久，维护费用低。同时，二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品、医药、化妆品等各种领域。
光触媒活性炭通常选用优质椰壳为原料，经过高温活化处理，使其形成发达的适宜于吸附有害气体的微孔结构，并采用最新技术将纳米材料(TiO2)负载到活性炭表面和孔隙内部，使其吸附性能与纳米材料的空气催化性能得到有机结合，从而将甲醛，苯，氨，TVOC等有害气体吸附并分解，彻底达到净化，消毒，除臭，杀菌的目的。
而在实际生产过程中，由于光触媒活性炭需要进行光照，而当将光触媒活性炭放置于封闭环境下，且光触媒活性炭位于零件内部时，光触媒活性炭的光照程度受到很大的限制，影响光触媒活性炭的氧化还原反应。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种涂料均匀，混合充分，便于加工的光触媒活性炭的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种光触媒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将钛铁矿加工形成细条状或扁平结构，并将加工后的状钛铁矿放置于容器中；
步骤B：在容器中倒入硫酸，并持续在容器中通入空气，持续对加工后的状钛铁矿进行搅拌，得到TiOSO4和FeSO4；
步骤C：在搅拌的同时，在容器中放入水和活性炭，得到TiO2和H2SO4，并确保活性炭整个浸泡在步骤B的溶液中；
步骤D：将活性炭取出，在活性炭表面溶液半干状态下时，在活性炭表面均匀沾上玻璃碎渣；
步骤E：在玻璃碎渣外侧粘上玻璃粉溶液。
取用钛铁矿15-20份，硫酸20-25份，水30-50份，玻璃碎渣3-5份，玻璃粉溶液2-3份。。
作为本发明的一种优选方案，所述容器为敞开式的铁制结构。
作为本发明的一种优选方案，所述活性炭为球体结构。
作为本发明的一种优选方案，所述硫酸的浓度大于80％。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤C中先放入活性炭，后放入水。
作为本发明的一种优选方案，所述加工后的钛铁矿和硫酸之间通过超声混合搅拌。
作为本发明的一种优选方案，所述活性炭的浸泡时间为20-30min。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤D在取出活性炭后对活性炭进行烘干操作，直至活性炭表面溶液处于半烘干状态。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤D中，在干净的玻璃基板上放置玻璃碎渣，将活性炭在玻璃基板上滚过。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤E中，干净的玻璃基板上放置玻璃粉溶液，将活性炭在玻璃基板上滚过。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过直接将钛铁矿进行加工操作，通过较少的步骤实现TiO2吸附于活性炭表面形成光触媒活性炭，且在光触媒活性炭表面粘连玻璃碎渣，便于光线的传递和触发光触媒；同时硫酸可对活性炭反应，在硫酸的作用下提高活性炭的苯酚吸附值，有利于活性炭对空气的净化，且硫酸对活性炭进行腐蚀，增大TiO2在活性炭表面的吸附面积。
具体实施方式
下面对本发明实施例作详细说明。
一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将钛铁矿加工形成细条状或扁平结构，并将加工后的钛铁矿放置于容器中，钛铁矿的要成分为FeTiO3和TiO2，选用超基性岩或基性岩中的钛铁矿，不含Nb和Ta，减少物质对反应的干扰。
钛铁矿根据实际需要进行加工，形成细条状或扁平结构，细条状的钛铁矿通过磨床打磨而成，且优选的细条状钛铁矿截面为圆形结构，而扁平结构的钛铁矿通过冲压而成，钛铁矿在加工后在单位体积下具有更大的表面积，从而便于后序反应。
步骤B：在容器中倒入硫酸，并持续在容器中通入空气，持续对加工后的钛铁矿进行搅拌，得到TiOSO4、FeSO4和水，化学式为：FeTiO3+H2SO4＝TiOSO4+FeSO4+2H2O，该反应为放热反应，其中产生的水可与钛液TiOSO4发生水解反应。
步骤C：在搅拌的同时，在容器中放入水和活性炭，得到TiO2和H2SO4，并确保活性炭整个浸泡在步骤B的溶液中。
活性炭会与钛铁矿中未与硫酸反应的FeTiO3发生碳热还原反应，反应式为：
(1)FeTiO3+C＝Fe+TiO2+CO
(2)FeTiO3+CO＝Fe+TiO2+CO2
该反应为吸热反应，与步骤B中的放热反应相中和，一定量的减少温度的变化量，具有更好的安全性，从而钛铁矿中的FeTiO3也会与活性炭发生反应，加重活性炭的腐蚀程度，从而使得活性炭表面具有更好的粗糙度。
在容器中放入水后，会加速钛液TiOSO4发生水解反应，化学式为：
TiOSO4+2H2O＝TiO2·H2O+H2SO4
上述反应温度越高，反应越快，而本方案不需要加速上述反应的效率，本方案在操作过程中，在温度一定中和的作用下，TiO2·H2O缓慢析出，便于嵌入或吸附或贴合与活性炭表面。
步骤D：将活性炭取出，在活性炭表面溶液半干状态下时，在活性炭表面均匀沾上玻璃碎渣，玻璃碎渣可通过淋洒或滚动粘合的方式进行均匀设置。
步骤E：在玻璃碎渣外侧粘上玻璃粉溶液，同理玻璃粉溶液可通过淋洒或滚动粘合的方式进行均匀设置。
取用钛铁矿15-20份，硫酸20-25份，水30-50份，玻璃碎渣3-5份，玻璃粉溶液2-3份。
硫酸的分量需大于钛铁矿的分量，部分硫酸需要与容器和活性炭反应，确保钛铁矿能与硫酸进行充分反应，而部分钛铁矿也与活性炭发生碳热还原反应，所产生的TiO2就是所需的光触媒，不对整体反应形成干涉，同时由于一份FeTiO3与硫酸反应后生成一份TiOSO4，而一份TiOSO4需要与两份水发生反应，水的数量至少需要为钛铁矿的两倍，玻璃碎渣和玻璃粉溶液的数量根据实际需要进行设置，对光触媒活性炭表面的玻璃碎渣密度进行选择和设置。
容器为敞开式的铁制结构，由于钛铁矿具有弱磁性，会与铁制容器进行磁力吸合，在钛铁矿与硫酸的反应过程中，需要不停的进行超声震荡或震动搅拌，使得钛铁矿与硫酸之间具有更好的反应效果，同时铁制结构的容器在硫酸的作用下会产生FeSO4和表面的氧化层，氧化层防止硫酸与铁制容器的进一步反应，FeSO4与钛铁矿与硫酸反应产物相一致，减少对钛铁矿与硫酸的反应的干扰。
活性炭为球体结构，使得活性炭具有在单位体积下具有更大的表面积，从而加速活性炭与硫酸的腐蚀反应和活性炭与碳热还原反应，同时也便于后期在活性炭上粘连玻璃粉溶液和玻璃碎渣。
硫酸的浓度大于80％，浓度较高的硫酸，便于硫酸与钛铁矿的反应。
步骤C中先放入活性炭，后放入水，活性炭与钛铁矿发生碳热还原反应，加快活性炭的表面腐蚀，之后加入水，使得水与钛液TiOSO4发生水解反应得到所需的光触媒TiO2，从而便于将光触媒TiO2吸附于活性炭表面。
加工后的钛铁矿和硫酸之间通过超声混合搅拌，或采用搅拌振动混合，加速钛铁矿和硫酸之间的反应。
活性炭的浸泡时间为20-30min，确保在钛铁矿和硫酸和水的缓慢反映下，活性炭表面能充分的吸附光触媒TiO2。
步骤D在取出活性炭后对活性炭进行烘干操作，直至活性炭表面溶液处于半烘干状态。
步骤D中，在干净的玻璃基板上放置玻璃碎渣，将活性炭在玻璃基板上滚过，将玻璃进行破碎，并进行分级筛选，根据活性炭的尺寸选择合适尺寸的玻璃碎渣，且同一活性炭上的玻璃碎渣的尺寸近似。
将玻璃碎渣均匀铺设于玻璃基板上，可通过振动盘对玻璃碎渣进行均匀铺设，将表面带有溶液的活性炭放置于玻璃基板上，通过活性炭的滚动，将玻璃碎渣均匀的粘连于活性炭的表面溶液上，此时玻璃碎渣的端部内嵌于溶液中，实现玻璃碎渣在溶液的作用粘连于活性炭表面。
从而在玻璃碎渣接触到光线时，玻璃碎渣能对光线起到反射作用，反射后的光线在另外玻璃碎渣的作用下再次反射，使得光线能传递到活性炭的不同位置，能更好的更充分的激发光触媒的作用。
步骤E中，干净的玻璃基板上放置玻璃粉溶液，将活性炭在玻璃基板上滚过，玻璃粉溶液包括玻璃粉、PbO、SiO2和TiO2，在活性炭的滚动过程中，玻璃碎渣的边角处与玻璃粉溶液粘粘，在玻璃粉溶液固化后形成玻璃碎渣的边角处的保护层，从而便于操作人员的抓取，且玻璃粉具有较好的位阻能力和清晰的透明度，能稳定的设置于玻璃碎渣的边角处的同时，也不影响玻璃碎渣的反光作业。
活性炭与硫酸混合后，随着温度的升高，活性炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈现先升后降的趋势，而苯酚吸附值呈先将降后升的趋势，与本来的活性炭相比，和硫酸作用后的活性炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值均有所降低，苯酚吸附值有所升高。
其中活性炭的亚甲基蓝吸附值用来表示活性炭脱色能力，活性炭的碘吸附值用来表示活性炭对液体物质的吸附能力，活性炭的苯酚吸附值用来表示活性炭对气体物质的吸附能力。
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。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中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的范围。
Claims (10)
1.一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将钛铁矿加工形成细条状或扁平结构，并将加工后的钛铁矿放置于容器中；
步骤B：在容器中倒入硫酸，并持续在容器中通入空气，持续对加工后的钛铁矿进行搅拌，得到TiOSO4和FeSO4；
步骤C：在搅拌的同时，在容器中放入水和活性炭，得到TiO2和H2SO4，并确保活性炭整个浸泡在步骤B的溶液中；
步骤D：将活性炭取出，在活性炭表面溶液半干状态下时，在活性炭表面均匀沾上玻璃碎渣；步骤E：在玻璃碎渣外侧粘上玻璃粉溶液。
取用钛铁矿15-20份，硫酸20-25份，水30-50份，玻璃碎渣3-5份，玻璃粉溶液2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述容器为敞开式的铁制结构。
3.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述活性炭为球体结构。
4.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述硫酸的浓度大于80％。
5.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤C中先放入活性炭，后放入水。
6.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述加工后的钛铁矿和硫酸之间通过超声混合搅拌。
7.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述活性炭的浸泡时间为20-30min。
8.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤D在取出活性炭后对活性炭进行烘干操作，直至活性炭表面溶液处于半烘干状态。
9.根据权利要求8所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，在干净的玻璃基板上放置玻璃碎渣，将活性炭在玻璃基板上滚过。
10.根据权利要求1所述的一种光触媒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤E中，干净的玻璃基板上放置玻璃粉溶液，将活性炭在玻璃基板上滚过。
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