CN1139424C

CN1139424C - 高吸附性光催化剂及载体材料

Info

Publication number: CN1139424C
Application number: CNB021392749A
Authority: CN
Inventors: 董学斌; 万章国; 刘卫东; 甘维国; 刘启文
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-02-25
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: CN1410159A

Abstract

本发明提供了一种高吸附性光催化剂及载体材料和高吸附性光催化剂的制备方法。高吸附性光催化材料由重量80%～92%复合TiO₂，3%～10%的300～800目的活性炭微粒，1%～8%试剂淀粉合成的纳米颗粒炭组成，各成分重量百分数之和100%。载体材料为经过酸洗和高温处理的且表面附有TiO₂金红石薄膜的无碱玻璃纤维、或者玻璃片、麦饭石、蛭石、沸石，是经过氩气保护下高温处理过的，且表面附有TiO₂金红石薄膜的炭纤维。该光催化剂材料及载体材料结合强度较好，高吸附材料与TiO₂薄膜呈网络扎钉结构，炭粒凸凹状分布于薄膜表层，同时具有高吸附性及较高效率光催化性能。

Description

高吸附性光催化剂及载体材料

技术领域

本发明涉及一种高吸附性光催化剂材料及载体材料和高吸附性光催化剂制备方法。

背景技术

由于光催化反应不需要任何氧化剂即可在常温常压下进行反应，因此利用半导体粉体材料作为光催化处理各类有机污染物的研究引起不同领域同行们的重视。光催化剂TiO₂类的满带上的电子被激发，同时在满带上留下空穴h+，空穴又可夺取半导体粒子上所吸附的化学物质上的电子，产生游离基，对有机物进行分解、转化、矿化、降解的各式反应，以达到光催化的目的，因此，人们广泛研究如何将光催化技术尽快用于实践，但到目前止，人们知道有很多的光催化技术难题一直阻碍着人们对光催化材料的广泛应用。

TiO₂材料颗粒对有机污染物的吸附能力较差，加之大多数的情况下，有机污染物浓度很低，需要较长的时间才能达到光催化目的。而采用具有大比表面积，多孔的吸附剂(如沸石、Al₂O₃、SiO₂、活性炭)作为载体，是加快光催化降解反应速度，提高光催化活性的有效途径之一。

目前，各层次的研究对光催化剂及载体制备工艺，形态各不相同。如以活性炭类直接作载体，表面覆盖复合TiO₂光催化剂薄膜的光催化剂，尽管吸附性有加强，但因复合TiO₂薄膜层遮挡吸附，封闭吸附剂微孔，影响光催化剂的吸附降解效果。如以复合TiO₂作底层，表面覆盖活性炭吸附层，结果活性炭层影响复合TiO₂光催化能力。

因此，必须研究改进复合TiO₂与吸附结合形式制备高吸附性高光催化能力的光催化剂，使光催化技术尽快广泛用于实践。

发明内容

本发明的目的是针对目前TiO₂光催化材料对有机分子的吸附能力较差，相对的降低了光催化剂的工作效率的问题，而提供一种高吸附性光催化剂及载体材料和催化剂制备工艺。

实现本发明目的的高吸附性光催化剂，由载体和负载在载体上的吸附性光催化材料组成，所述的吸附性光催化材料含有复合TiO₂和活性炭，其复合TiO₂含有0.1％～2％的金属Pt或Pa，或者含有0.1％～2％wt的选自Fe、Sn、Cu、Ag、W中任一种金属元素的氧化物，其特征是还含有试剂淀粉合成的纳米颗粒炭粒，其活性炭为300～800目的微粒活性炭。

所述的高吸附性光催化剂材料，其含有80％～92％wt所述的复合TiO₂、3％～10％wt的300～800目的活性炭、1％～8％wt试剂淀粉合成的纳米颗粒炭粒，各成分重量百分数之和100％。

所述的高吸附性光催化剂的载体材料，是经过酸洗和高温处理的，且表面附有TiO₂金红石薄膜的无碱玻璃纤维、或者玻璃片、麦饭石、蛭石、沸石。

所述的高吸附性光催化剂的载体材料，.是经过氩气保护下高温处理过的，且表面附有TiO₂金红石薄膜的炭纤维。

所述的载体材料表面附有的TiO₂金红石薄膜，是采用普通公知的化学溶胶工艺及镀、涂高温烧结方法而制得。

所述的高吸附性光催化剂的制备方法，其制备步骤为：

(1)制备高吸附性光催化材料复合溶胶，制备步骤是：

a、按公知方式用钛酸丁酯前驱体配制复合TiO₂溶胶，

b、向a步所得溶胶中加入其体积3％～10％的300～800目的活性炭微粒，加入其体积3％～20％的试剂淀粉，搅拌均匀，

c、向b步所得溶液中加入其体积三倍的90％(体积)乙醇水溶液，添加溶液重量3％～16％的聚乙二醇，搅拌均匀，得到高吸附性光催化材料复合溶胶备用，

(2)将(1)步所制得的复合溶胶与权利要求3或者4所述的载体，按体积比＝30～50∶100取原料，将其载体置于复合溶胶内浸渍完全，取出于80～100℃烘干、冷却到室温，如此浸渍烘干重复二次，

(3)将(2)步得到的负载复合胶体薄膜的载体，置于高温炉内，在氩气保护下随炉升温到450～550℃，保温1.5～2.0h，随炉降温，冷却到室温，制得高吸附性光催化剂产品。

本发明的高吸附性光催化剂材料是以复合TiO₂纳米粒子、活性炭微粒和试剂淀粉合成的纳米颗粒炭组成，由于在制光催化剂溶胶中加入了总重量3％～16％的聚乙二醇。在载体材料浸渍光催化剂溶胶经450～550℃烧结时，聚乙二醇挥发分解，使载体表面炭材料呈凸凹状分布于光催化剂复合TiO₂表层，炭层与TiO₂材料呈网络状扎钉结构。因此，具有高吸附性和高光催化性，聚乙二醇加入量为总重量3％～16％为宜，低于3％作用不明显，高于16％时炭层与TiO₂材料结合松驰。

由于本发明的光催化剂载体材料表面有一层TiO₂金红石晶型过渡层，提高了光催化剂载体与光催化材料薄膜的结合能力，使有机分子能富集在光催化剂表面，光催化剂的工作效率得到提高。

本发明中所用试剂为市售品，活性炭微粒、试剂淀粉、聚乙二醇均为AR纯，钛酸丁酯Pt、Pd金属，Fe、Cu、Sn、Ag、W元素的氧化物为CP纯。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

按公知的方法以钛酸丁酯前驱体配制含1％wt铁氧化物的复合TiO₂溶胶，在该溶胶中加入其体积3％的300～800目的活性炭微粒，加入其体积10％的试剂淀粉，搅拌均匀后，加入其体积三倍的90％(体积)乙醇水溶液，再添加溶液重量5％的聚乙二醇，搅拌均匀制得复合胶液。将复合胶液与表面附有TiO₂金红石薄膜的炭纤维，按50∶100(体积)取原料，将炭纤维完全浸渍于复合胶液中，取出沥去滴液，在烘箱内于80～100℃烘干2小时，冷却取出，将其取出的炭纤维载体，置于复合胶液内，重复浸渍，并同前次方法干燥，再于马富炉内随炉升温到450℃，保温1小时后，随炉降温，冷却到室温，得到高吸附性光催化剂产品。该产品用于光催化空气处理器内，完全达到了空气净化要求。

实施例2

按公知的方法以钛酸丁酯前驱体配制含2％wt锡氧化物的复合Ti0₂溶胶，在该溶胶中加入其体积10％的300～800目的活性炭微粒，加入其体积15％的试剂淀粉，搅拌均匀后，加入其体积三倍的90％(体积)乙醇水溶液，再添加溶液重量12％的聚乙二醇，搅拌均匀制得复合胶液。将复合胶液与表面附有TiO₂金红石薄膜的麦饭石，按体积50∶100取原料，将麦饭石完全浸渍于复合胶液中，取出沥去滴液，在烘箱内于80～100℃烘干1.5小时，冷却取出，将其取出的麦饭石载体，置于复合胶液内，重复浸渍，并同前次方法干燥，再于马富炉内随炉升温到550℃，保温2小时后，随炉降温，冷却到室温，得到高吸附性光催化剂产品。该产品用于光催化、矿化直饮水处理机中，处理自来水，出水完全达到了饮水卫生标准。

Claims

1、一种高吸附性光催化剂，由载体和负载在载体上的吸附性光催化材料组成，所述的吸附性光催化材料含有复合TiO₂和活性炭，其复合TiO₂含有0.1％wt～2％wt的金属Pt或Pa，或者含有0.1％wt～2％wt的选自Fe、Sn、Cu、Ag、W中任一种金属元素的氧化物，其特征是还含有试剂淀粉合成的纳米颗粒炭粒，其活性炭为300～800目的微粒活性炭，所述的吸附性光催化材料由重量80％～92％复合TiO₂、3％～10％的300～800目的活性炭微粒、1％～8％试剂淀粉合成的纳米颗粒炭粒组成，各成分重量百分数之和100％，所述的载体是经过酸洗和高温处理的，且表面附有TiO₂金红石薄膜的无碱玻璃纤维、或者玻璃片、麦饭石、蛭石、沸石，或者是经过氩气保护下高温处理过的，且表面附有TiO₂金红石薄膜的炭纤维。

2、权利要求1所述的吸附性光催化剂的制备方法，其特征是步骤为：

(1)制备高吸附性光催化材料复合溶胶，制备步骤是：

a、按公知方式以钛酸丁酯前驱体配制复合TiO₂溶胶，

(2)将步骤(1)所制得的复合溶胶与权利要求1所述的载体，按体积比＝30～50∶100取原料，将其载体置于复合溶胶内浸渍完全，取出于80～100℃烘干、冷却到室温，如此浸渍烘干重复二次，

(3)将步骤(2)得到的负载复合胶体薄膜的载体，置于高温炉内，在氩气保护下随炉升温到450～550℃，保温1.5～2.0h，随炉降温，冷却到室温，制得高吸附性光催化剂产品。