CN1390636A - 水质净化用TiO2薄膜光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
水质净化用TiO2薄膜光催化剂及其制备方法属于光催化净化领域。本发明光催化剂由载体和TiO2薄膜组成，载体采用小石英玻璃管或者石英玻璃片，TiO2薄膜选用钛酸四丁酯或钛酸异丙酯等作为前驱体制得，钛酸四丁酯系重量百分比为：钛酸四丁酯10.0－30.0％，二乙醇胺3.0－9.5％，无水乙醇60.0－85.0％，蒸馏水0.1－2.1％；钛酸异丙酯系重量百分比为：钛酸异丙酯12.0－23.8％，二乙醇胺1.0－12.2％，异丙醇60.0－86.6％，蒸馏水0.1－4.3％。本发明制备TiO2薄膜光催化剂的方法为溶胶—凝胶提拉法，在小石英玻璃管或者石英玻璃片上负载TiO2薄膜光催化剂。本发明光催化剂比表面积大，催化活性高，稳定性好，既提高了紫外光的透过率，又增加了光催化反应面，光源能量得到充分利用，可有效去除水中有机污染物、重金属等有害物质。
Description
技术领域：本发明涉及一种薄膜光催化剂及其制备方法，特别是一种水质净化用TiO2薄膜光催化剂的制备方法，属于光催化净化领域。
背景技术：二十世纪七十年代人们发现了TiO2在太阳光照射下将水分解为氢气和氧气的现象。此后人们开始关注半导体材料受到光照时发生的氧化还原反应及其应用，特别是在空气和水环境治理方面的应用。人们发现TiO2能光催化分解有机污染物，包括有机卤化物、有机磷杀虫剂、除草剂、表面活性剂、染料等。TiO2的光催化氧化作用可以将水中的多种有机污染物分解成CO2和H2O等简单无机物或者其它无害物质，避免了一般处理方法可能带来的二次污染。现有的光催化水质净化反应器主要有两类：一种是采用悬浮TiO2粉末作为光催化剂，但是这一方法存在催化剂回收利用问题；另一种是将TiO2负载在一定的材料上成为膜状光催化剂，但由于所选用材料和涂膜方法的不同，存在透光性、稳定性等问题。经文献检索发现，中国专利号：94108255.5，名称为：光催化剂和用其净化水的方法，该专利技术采用在无机多孔材料上沉积半导体颗粒和微生物的光催化剂净化水的方法，该方法中的光催化剂沉积在0.1～100mm无机多孔颗粒上，影响了催化剂对光的吸收利用，而且较小的颗粒光催化剂存在分离、回收的问题。检索中还发现，中国专利号为：95244568.9，名称为：固定膜光催化氧化水质深度净化器，该专利采用涂载了TiO2催化剂的玻璃纤维网，这虽然在一定程度上解决了光催化剂回收利用的问题，但是由于透光率无法保证，有效光催化反应面受到限制，影响了催化剂对光源能量的有效利用。
发明内容和具体实施方式：本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种水质净化用TiO2薄膜光催化剂及其制备方法，使制备的TiO2薄膜光催化剂透光性好、催化活性高、耐久性好。本发明的TiO2薄膜光催化剂包括载体和TiO2薄膜，其中载体为小石英玻璃管或石英玻璃片，TiO2薄膜以钛酸四丁酯或钛酸异丙酯为前驱体制备，本发明制备TiO2薄膜光催化剂的方法为溶胶——凝胶提拉法在小石英玻璃管或者石英玻璃片上负载TiO2薄膜光催化剂。以下对本发明作进一步描述：
本发明TiO2溶胶制备可选用钛酸四丁酯或钛酸异丙酯作为前驱体，其中钛酸四丁酯系配方的重量百分比为：钛酸四丁酯10.0-30.0％，二乙醇胺3.0-9.5％，无水乙醇60.0-85.0％，蒸馏水0.1-2.1％；钛酸异丙酯系配方的重量百分比为：钛酸异丙酯12.0-23.8％，二乙醇胺1.0-12.2％，异丙醇60.0-86.6％，蒸馏水0.1-4.3％。
本发明在小石英玻璃管或者石英玻璃片上负载TiO2薄膜光催化剂的溶胶—凝胶提拉法，实施时选用其一：
方法(一)具体步骤如下：
①将洁净的小石英玻璃管或者石英玻璃片浸渍在用上述配方制备的TiO2溶胶中，以0.1～20cm/min的提拉速度在载体表面形成薄膜；
②将附着湿膜的石英玻璃载体在60～200℃干燥1～30分钟，取出后稍冷却即可重复提拉；
③重复①②，在石英玻璃管或者石英玻璃片表面获得200～1000nm厚薄膜后，将其置于电子炉内缓慢升温至450～600℃后保温0.5～3小时，然后自然冷却即可得到所需的TiO2薄膜光催化剂。
方法(二)具体步骤如下：
①将洁净的小石英玻璃管或者石英玻璃片浸渍在用上述配方制备的TiO2溶胶中，用0.1～20cm/min的提拉速度在载体表面形成薄膜；
②将上述过程所得到的薄膜经室温～120℃干燥后，置于电子炉内缓慢升温至450～600℃后保温0.5～3小时，然后自然冷却到60℃以下；
③按前述方法重复提拉、烧结，直到石英玻璃管或者石英玻璃片表面负载的TiO2薄膜层达到200～1000nm即可得所需的薄膜光催化剂。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明的TiO2薄膜形成了具有高效光催化作用的锐钛矿型晶体结构，并且透光性好、催化剂与载体结合牢靠。本发明的另一个特点是将TiO2薄膜光催化剂负载在石英玻璃管或者小石英玻璃片上。利用石英质玻璃是为了提高紫外光的透过率，使催化剂能充分利用光源能量；采用管型或的小石英玻璃片增加了薄膜光催化剂的表面积，提高了光催化性能，同时保证了水的流畅，该薄膜光催化剂可有效去除水中有机污染物、重金属有害物质。
结合本发明内容提供以下六个实施例：
实施例1：取34.04ml钛酸四丁酯和9.6ml二乙醇胺加入到134.56ml无水乙醇中，经磁力搅拌机搅拌2小时后，加入1.8ml蒸馏水和20ml无水乙醇并搅拌0.5小时即制得待用的溶胶。
以洁净的不规则小石英玻璃片为载体，采用浸渍提拉法(方法一)从上述待用溶胶中制备TiO2薄膜，提拉速度5cm/min，湿膜在100℃干燥5分钟，取出在空气中冷却5分钟后可重复提拉，反复“提拉—干燥”，直到所需薄膜厚度后将上述石英玻璃片放入电子炉中，在氧化气氛条件下从室温开始加热，升温速度10℃/min，至550℃后保温1小时，在炉内自然冷却至室温后得到所需光催化薄膜材料。
实施例2：取20ml钛酸四丁酯和5.5ml二乙醇胺加入到172ml无水乙醇中，经磁力搅拌机搅拌2小时后，加入1m1蒸馏水和43ml无水乙醇并搅拌0.5小时即制得待用的溶胶。
以洁净的不规则小石英玻璃片为载体，采用浸渍提拉法(方法一)从上述待用溶胶中制备TiO2薄膜，提拉速度2cm/min，湿膜在125℃干燥15分钟，取出在空气中冷却10分钟后可重复提拉，反复“提拉—干燥”，直到所需薄膜厚度后将上述石英玻璃片放入电子炉中，在氧化气氛条件下从室温开始加热，升温速度10℃/min，至600℃后保温1小时，在炉内自然冷却至室温后得到所需光催化薄膜材料。
实施例3：取60ml钛酸四丁酯和17.3ml二乙醇胺加入到294ml无水乙醇中，经磁力搅拌机搅拌2小时后，加入4.2ml蒸馏水和73.4ml无水乙醇并搅拌0.5小时即制得待用的溶胶。
以洁净的不规则小石英玻璃片为载体，采用浸渍提拉法(方法一)从上述待用溶胶中制备TiO2薄膜，提拉速度10cm/min，湿膜在150℃干燥5分钟，取出在空气中冷却5分钟后可重复提拉，反复“提拉—干燥”，直到所需薄膜厚度后将上述石英玻璃片放入电子炉中，在氧化气氛条件下从室温开始加热，升温速度10℃/min，至550℃后保温2小时，在炉内自然冷却至室温后得到所需光催化薄膜材料。
实施例4：取25ml二乙醇胺加入到78ml钛酸异丙酯中，所得混合物加到172ml异丙醇中并搅拌2小时，然后加入9ml水和216ml异丙醇所形成的混合物，再搅拌2小时，得到所需溶胶。
以洁净的小石英玻璃管为载体，采用浸渍提拉法(方法二)从上述溶胶中制备TiO2薄膜，提拉速度4cm/min，经一次提拉成膜并在室温干燥后的石英玻璃管置于电子炉内从室温开始加热，升温速度10℃/min，炉温到达550℃后保温1小时，然后在炉内自然冷却到室温，重复“提拉—烧结”过程，直到石英玻璃管表面的TiO2薄膜满足所需厚度。
实施例5：取1.8ml二乙醇胺加入到25ml钛酸异丙酯中，所得混合物加到145ml异丙醇中，对上述溶液搅拌2小时，然后加入0.6ml水和110ml异丙醇所形成的混合物，搅拌2小时，得到待用的溶胶。
以洁净的小石英玻璃管为载体，采用浸渍提拉法(方法二)从上述溶胶中制备TiO2薄膜，提拉速度6cm/min，经一次提拉成膜并在100℃干燥后的石英玻璃管置于电子炉内，升温速度10℃/min，炉温到达550℃后保温1小时，然后在炉内自然冷却到室温，重复“提拉—烧结”过程，直到石英玻璃管表面的TiO2薄膜满足所需厚度。
实施例6：取22.3ml二乙醇胺加入到50ml钛酸异丙酯中，所得混合物加到122ml异丙醇中，对上述溶液搅拌2小时，然后加入8.6ml水和30.6ml异丙醇所形成的混合物，搅拌2小时，得到待用的溶胶。
以洁净的小石英玻璃管为载体，采用浸渍提拉法(方法二)从上述溶胶中制备TiO2薄膜，提拉速度10cm/min，经一次提拉成膜并在室温干燥后的石英玻璃管置于电子炉内从室温开始加热，升温速度10℃/min，炉温到达600℃后保温1小时，然后在炉内自然冷却到室温，重复“提拉—烧结”过程，直到石英玻璃管表面的TiO2薄膜满足所需厚度。
Claims (3)
1、一种水质净化用TiO2薄膜光催化剂，其特征在于由载体和TiO2薄膜组成，载体采用小石英玻璃管或者石英玻璃片，TiO2薄膜选用钛酸四丁酯或钛酸异丙酯等作为前驱体制得，制备TiO2溶胶的钛酸四丁酯系化合物重量百分比为：钛酸四丁酯10.0-30.0％，二乙醇胺3.0-9.5％，无水乙醇60.0-85.0％，蒸馏水0.1-2.1％；钛酸异丙酯系配方的重量百分比为：钛酸异丙酯12.0-23.8％，二乙醇胺1.0-12.2％，异丙醇60.0-86.6％，蒸馏水0.1-4.3％。
2、一种水质净化用TiO2薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于在小石英玻璃管或者石英玻璃片上负载TiO2薄膜光催化剂的溶胶—凝胶提拉法，方法(一)具体步骤如下：(1)将洁净的小石英玻璃管或者石英玻璃片浸渍在TiO2溶胶中，以0.1～20cm/min的提拉速度在载体表面形成薄膜；(2)将附着湿膜的石英玻璃载体在60～200℃干燥1～30分钟，取出稍冷却后重复提拉；(3)重复(1)(2)，在石英玻璃管或者石英玻璃片表面获得200～1000nm厚薄膜后，将其置于电子炉内缓慢升温至450～600℃后保温0.5.～3小时，然后自然冷却即可得到所需的TiO2薄膜光催化剂。
3、一种水质净化用TiO2薄膜光催化剂的制备方法，其特征在于在小石英玻璃管或者石英玻璃片上负载TiO2薄膜光催化剂的溶胶—凝胶提拉法，方法(二)具体步骤如下：(1)将洁净的小石英玻璃管或者石英玻璃片浸渍在TiO2溶胶中，用0.1～20cm/min的提拉速度在载体表面形成薄膜；(2)将上述过程得到的薄膜经室温～120℃干燥后，置于电子炉内缓慢升温至450～600℃后保温0.5～3小时，然后自然冷却到60℃以下；(3)按前述方法重复提拉、烧结，直到石英玻璃管或者石英玻璃片表面负载的TiO2薄膜达到200～1000nm即可得到所需的薄膜光催化剂。
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|---|---|---|---|---|
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