CN1150981C - 复合光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明述及一种复合光催化剂的制备方法，属化学制剂制备技术领域。本发明的特征是它利用硫酸法生产钛白时的中间体偏钛酸为原料，经酸溶和共混工艺制备二氧化钛和氧化铝得纳米级复合光催化剂。该光催化剂的平均晶粒尺寸为10-20nm。本发明方法原料来源广泛、工艺简单，而且成本低廉。本发明方法制得的纳米级复合光催化剂具有很强的光催化活性，并且光催化效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合光催化剂的制备方法，属化学制剂制备技术领域。
背景技术
由于经济的高速发展产生的工业废水、废气和生活污水等，使环境污染日益严重，还有汽车废水、工业烟尘、生活环境中恶臭气体等也造成大气污染，因此环境的保护和治理是一个重大的社会问题，亟待解决。
光催化氧化作为一种潜在和理想的环境治理技术，近年来在国内外被广泛研究。目前的研究大多局限于使用常规的二氧化钛光催化剂，该二氧化钛光催化剂只能被波长小于387nm的紫外光激发，且激发产生的电子-空穴对在迁移到表面时很容易复合，如果没有适当的电子-空穴对俘获剂，储备的能量在几个毫微秒之内就会被通过复合和消耗掉。而如果选用适当的俘获剂或表面空穴位来俘获电子和空穴，复合就会受到抑制，随即的氧化还原反应就会发生。因此通过改性减少光生电子-空穴对的复合几率，是制备高活性光催化剂的重要手段之一。
中国专利CN1220185A公开了一种由钛的醇盐-醇类-水的三组分系统，用溶胶凝胶法直接制备二氧化钛光催化剂；该光催化剂具有空隙、易通气、透水、透光性好，反应比表面积大，易清洗回收，无二次污染，催化效率高等特点。中国专利CN1350884A公开了一种用硅溶胶与钼的钛溶液相互包容沉积来制备二氧化钛与二氧化硅和氧化钼的三元复合光催化剂；该光催化剂可用于制作抗菌保洁陶瓷，也可用于具有净化空气功能的涂料以及化妆品等。JP53095893公开了一种通过水解钛的氯化物如氯化钛等来制备光催化剂，该光催化剂活性较低。US4196101公开了一种用四氯化钛或是有机钛的化合物(如钛的醇盐)为主要原料来制备含球状氧化铝的光催化剂，该光催化剂中含氧化铝为1～40％。但这些方法大都采用有机物为原料，成本很高，反应时间很长，难以工业化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种原料来源广泛、工艺简单、成本低廉的新工艺来生产一种新型纳米复合光催化剂。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
本发明的一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于该光催化剂由二氧化钛和氧化铝复合而成；其制备工艺如下：在常温下，将硫酸法生产钛白时的中间产物偏钛酸制成TiO2含量为20-40％的悬浮液，并搅拌均匀，加入适宜量的浓度为30％的盐酸溶液，加热至沸点并搅拌1.0小时，加入30％的氢氧化钠溶液，调整悬浮液pH值为7.0-8.0，然后加入硫酸铝溶液，加热至700C后，以3.0ml/min的速度滴加醋酸钠溶液，反应生成的氧化铝化学计量控制在Al2O3含量为5-10％，也即Al2O3/TiO2＝5-10％(重量)，反应结束后，恒温1小时，然后加热到90℃，恒温1小时，然后抽滤洗涤至用0.1mol/l的AgNO3溶液检测无Cl-为止，将所得的滤饼在100℃下烘干后，在300℃煅烧2小时，即可获得平均晶粒尺寸为10-20nm的复合光催化剂。。
在上述制备方法的过程中，二氧化钛的来源是来自偏钛酸，偏钛酸经煅烧后脱水为锐钛型二氧化钛，其反应式可表示如下：
硫酸铝和醋酸钠反应生成的离子反应可表示为：
本发明原料来源广泛、成本低；制备出的复合光催化剂的平均晶粒尺寸在10～20nm，具有很强的光催化活性。本发明制备的纳米级复合光催化剂，其中TiO2为锐钛型结构，颗粒尺寸在10～20nm，氧化铝含量为5-10％。经测试，其光催化活性高于德国Degussa公司P-25二氧化钛光催化剂产品。
光催化活性的评价方法为：称取一定量的酸性红染料，配成浓度为20mg/l的溶液，调节pH＝2.5，测初始吸光度A0；在上述溶液中加入0.01g光催化剂样品，超声波分散10分钟使催化剂分散均匀，再放在磁力搅拌器上搅拌同时在其上方用紫外光或太阳光照射进行反应，反应过程中从反应器的底部以0.08m3/h的速度通入空气。根据反应一段时间后染料的脱色率来衡量催化剂的活性。当酸性红的浓度小于70mg/l时，酸性红溶液的最大吸收波长516nm处的吸光度A与浓度C之间的关系遵循朗白-比耳定律，即A＝εbC，则酸性红的脱色率η＝(A0-A1)/A0。A1为每隔一定时间抽取30ml左右的反应液，用微孔膜过滤，然后采用7230分光光度计测定的滤液的吸光度。
本发明通过复合不同的氧化物来充当电子-空穴对的捕获剂，可以减少光生电子-空穴对的复合几率，提高电子-空穴对的寿命，与常规二氧化钛催化剂相比，本发明的新型高效复合光催化剂具有光催化效率高、深度氧化能力强和反应活性稳定等优点。
具体实施方式：
实施例一：在常温下将硫酸法生产钛白时的偏钛酸配制成TiO2含量为20％的悬浮液，并搅拌均匀，加入适宜量的浓度为30％的盐酸溶液，加热至沸并搅拌1.0小时，加入30％的氢氧化钠溶液，调节悬浮液pH值为7.0～8.0，加入硫酸铝溶液，加热至70℃后以3.0ml/min的速度滴加醋酸钠溶液，反应生成的氧化铝化学计量控制在Al2O3含量为5％，也即Al2O3/TiO2＝5-10％(重量)，反应结束后，恒温1.0h，再加热到90℃，恒温1.0h，然后抽滤洗涤至用0.1mol/l的AgNO3溶液检测无Cl-为止，将所得的滤饼在100℃下烘干后，在300℃煅烧2.0小时后，即可获得复合光催化剂。将此产物通过前面的方法测得该光催化剂对酸性红的脱色率为93％，该纳米复合光催化剂有很强的光催化活性。
实施例二：按实施例一制备工艺同样步骤进行，不同的是偏钛酸配制成TiO2含量为40％的悬浮液；另外氧化铝的化学计量控制在Al2O3含量为10％，也即Al2O3/TiO2＝10％(重量)，最终所得纳米复合光催化剂经上述方法测试，测得其脱色率为67％。
Claims (1)
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于该光催化剂由二氧化钛和氧化铝复合而成；其制备工艺如下：在常温下，将硫酸法生产钛白时的中间产物偏钛酸制成TiO2含量为20-40％的悬浮液，并搅拌均匀，加入适宜量的浓度为30％的盐酸溶液，加热至沸点并搅拌1.0小时，加入30％的氢氧化钠溶液，调整悬浮液pH值为7.0-8.0，然后加入硫酸铝溶液，加热至700C后，以3.0ml/min的速度滴加醋酸钠溶液，反应生成的氧化铝化学计量控制在Al2O3含量为5-10％，也即Al2O3/TiO2＝5-10％(重量)，反应结束后，恒温1小时，然后加热到90℃，恒温1小时，然后抽滤洗涤至用0.1mol/l的AgNO3溶液检测无Cl-为止，将所得的滤饼在100℃下烘干后，在300℃煅烧2小时，即可获得平均晶粒尺寸为10-20nm的复合光催化剂。
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