專利名稱：新型復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型復(fù)合光催化劑的制備方法，屬化學(xué)制劑制備技術(shù)領(lǐng)域。
光催化氧化作為一種潛在和理想的環(huán)境治理技術(shù)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外被廣泛研究。目前的研究大多局限于使用常規(guī)的二氧化鈦光催化劑，該二氧化鈦光催化劑只能被波長(zhǎng)小于387nm的紫外光激發(fā)，且激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)在遷移到表面時(shí)很容易復(fù)合，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)碾娮印昭▽?duì)俘獲劑，儲(chǔ)備的能量在幾個(gè)毫微秒之內(nèi)就會(huì)被通過(guò)復(fù)合和消耗掉。而如果選用適當(dāng)?shù)姆@劑或表面空穴位來(lái)俘獲電子和空穴，復(fù)合就會(huì)受到抑制，隨即的氧化還原反應(yīng)就會(huì)發(fā)生。因此通過(guò)改性減少光生電子—空穴對(duì)的復(fù)合幾率，是制備高活性光催化劑的重要手段之一。
中國(guó)專利CN1220185A公開(kāi)了一種由鈦的醇鹽—醇類—水的三組分系統(tǒng)，用溶膠凝膠法直接制備二氧化鈦光催化劑；該光催化劑具有空隙、易通氣、透水、透光性好，反應(yīng)比表面積大，易清洗回收，無(wú)二次污染，催化效率高等特點(diǎn)。中國(guó)專利CN1350884A公開(kāi)了一種用硅溶膠與鉬的鈦溶液相互包容沉積來(lái)制備二氧化鈦與二氧化硅和氧化鉬的三元復(fù)合光催化劑；該光催化劑可用于制作抗菌保潔陶瓷，也可用于具有凈化空氣功能的涂料以及化妝品等。JP53095893公開(kāi)了一種通過(guò)水解鈦的氯化物如氯化鈦等來(lái)制備光催化劑，該光催化劑活性較低。US4196101公開(kāi)了一種用四氯化鈦或是有機(jī)鈦的化合物(如鈦的醇鹽)為主要原料來(lái)制備含球狀氧化鋁的光催化劑，該光催化劑中含氧化鋁為1～40％。但這些方法大都采用有機(jī)物為原料，成本很高，反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，難以工業(yè)化。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到
本發(fā)明以硫酸法生產(chǎn)鈦白時(shí)的中間體偏鈦酸為原料，經(jīng)酸溶和共混工藝而制得制備納米級(jí)復(fù)合光催化劑。具體制備方法如下在常溫下將偏鈦酸配制成TiO2含量為20～40％的懸浮液，并攪拌均勻，加入鹽酸溶液，加熱至沸攪拌0.5～1.0小時(shí)，加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)懸浮液pH值為7.0～8.0，加入硫酸鋁溶液，加熱至70℃后以3.0ml/min的速度滴加醋酸鈉溶液，反應(yīng)生成氧化鋁的化學(xué)計(jì)量控制在氧化鋁在復(fù)合顆粒中的含量為5～10％，也即Al2O3/TiO2＝5-10％(重量)，反應(yīng)結(jié)束后再恒溫1小時(shí)，然后加熱到90℃，恒溫1小時(shí)，然后抽濾洗滌至用0.1mol/l的AgNO3溶液檢測(cè)無(wú)Cl-為止。將所得的濾餅在100℃下烘干后，在300℃煅燒2.0小時(shí)。即可得到納米級(jí)新型高效復(fù)合光催化劑，該催化劑具有很強(qiáng)的光催化活性。
在上述制備方法的過(guò)程中，二氧化鈦的來(lái)源是來(lái)自偏鈦酸，偏鈦酸經(jīng)煅燒后脫水為銳鈦型二氧化鈦，其反應(yīng)式可表示如下
硫酸鋁和醋酸鈉反應(yīng)生成的離子反應(yīng)可表示為
本發(fā)明原料來(lái)源廣泛、成本低；制備出的復(fù)合光催化劑的平均晶粒尺寸在10～20nm，具有很強(qiáng)的光催化活性。本發(fā)明制備的納米級(jí)復(fù)合光催化劑，其中TiO2為銳鈦型結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸在10～20nm，氧化鋁含量為5-10％。經(jīng)測(cè)試，其光催化活性高于德國(guó)Degussa公司P-25二氧化鈦光催化劑產(chǎn)品。
光催化活性的評(píng)價(jià)方法為稱取一定量的酸性紅染料，配成濃度為20mg/l的溶液，調(diào)節(jié)pH＝2.5，測(cè)初始吸光度A0；在上述溶液中加入0.01g光催化劑樣品，超聲波分散10分鐘使催化劑分散均勻，再放在磁力攪拌器上攪拌同時(shí)在其上方用紫外光或太陽(yáng)光照射進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中從反應(yīng)器的底部以0.08m3/h的速度通入空氣。根據(jù)反應(yīng)一段時(shí)間后染料的脫色率來(lái)衡量催化劑的活性。當(dāng)酸性紅的濃度小于70mg/l時(shí)，酸性紅溶液的最大吸收波長(zhǎng)516nm處的吸光度A與濃度C之間的關(guān)系遵循朗白-比耳定律，即A＝εbC，則酸性紅的脫色率η＝(A0-A1)/A0。A1為每隔一定時(shí)間抽取30ml左右的反應(yīng)液，用微孔膜過(guò)濾，然后采用7230分光光度計(jì)測(cè)定的濾液的吸光度。
本發(fā)明通過(guò)復(fù)合不同的氧化物來(lái)充當(dāng)電子—空穴對(duì)的捕獲劑，可以減少光生電子—空穴對(duì)的復(fù)合幾率，提高電子—空穴對(duì)的壽命，與常規(guī)二氧化鈦催化劑相比，本發(fā)明的新型高效復(fù)合光催化劑具有光催化效率高、深度氧化能力強(qiáng)和反應(yīng)活性穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例二按實(shí)施例一制備工藝同樣步驟進(jìn)行，不同的是偏鈦酸配制成TiO2含量為40％的懸浮液；另外氧化鋁的化學(xué)計(jì)量控制在Al2O3含量為10％，也即Al2O3/TiO2＝10％(重量)，最終所得納米復(fù)合光催化劑經(jīng)上述方法測(cè)試，測(cè)得其脫色率為67％。
權(quán)利要求
1.一種新型復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于該光催化劑由二氧化鈦和其他氧化物復(fù)合而成；利用硫酸法生產(chǎn)鈦白時(shí)的中間體偏鈦酸為原料，經(jīng)酸溶和共混工藝制備納米級(jí)復(fù)合光催化劑；其制備工藝如下在常溫下，將硫酸法生產(chǎn)鈦白時(shí)的中間產(chǎn)物偏鈦酸制成TiO2含量為20-40％的懸浮液，并攪拌均勻，加入一定量濃度為30％的鹽酸溶液，加熱至沸并攪拌1.0小時(shí)，加入30％的氫氧化鈉溶液，調(diào)整懸浮液pH值為7.0-8.0，然后加入硫酸鋁溶液，加熱至700C后，以3.0ml/min的速度滴加醋酸鈉溶液，反應(yīng)生成的氧化鋁化學(xué)計(jì)量控制在Al2O3含量為5-10％，也即Al2O3/TiO2＝5-10％(重量)，反應(yīng)結(jié)束后，恒溫1小時(shí)，然后加熱到90℃，恒溫1小時(shí)，然后抽濾洗滌至用0.1mol/l的AgNO3溶液檢測(cè)無(wú)Cl-為止，將所得的濾餅在100℃下烘干后，在300℃煅燒2小時(shí)，即可獲得新型復(fù)合光催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于所述的復(fù)合光催化劑的平均晶粒尺寸為10-20nm。
全文摘要
本發(fā)明述及一種新型復(fù)合光催化劑的制備方法，屬化學(xué)制劑制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征是它利用硫酸法生產(chǎn)鈦白時(shí)的中間體偏鈦酸為原料，經(jīng)酸溶和共混工藝制備二氧化鈦和氧化鋁得納米級(jí)復(fù)合光催化劑。該光催化劑的平均晶粒尺寸為10－20nm。本發(fā)明方法原料來(lái)源廣泛、工藝簡(jiǎn)單，而且成本低廉。本發(fā)明方法制得的納米級(jí)復(fù)合光催化劑具有很強(qiáng)的光催化活性，并且光催化效率高。
文檔編號(hào)B01J37/03GK1416948SQ0215091
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者施利毅, 韓雨君 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海上惠納米科技有限公司