專利名稱：cu的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑的制備方法，屬于氣相光催化劑技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，利用TiO2為催化劑的多相光催化的方法氧化降解空氣中的VOCs是日益受到重視的一項治理污染的新技術(shù)。為了提高TiO2的光催化性能，具體途徑有表面修飾的方式主要有貴金屬的沉積，過渡金屬離子的摻雜，半導(dǎo)體的復(fù)合，表面光敏化，表面螯合及衍生作用等。Hu Chun等人在Catalysis Today 90(2004)325～330中報道以鈦酸丁酯、硅膠為主要原料，在通N2氣氛下利用光沉積法制備了1％Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑，UV-Vis吸收光譜中在600～800nm處出現(xiàn)峰，說明對可見光有了一定的吸收；但光沉積法工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，屬于液相光催化技術(shù)，1.5gCu2+/TiO2-SiO2分別光催化氧化275ml濃度為20mg/L的K-2G、CBX的降解率只達到30％、60％，活性相對TiO2-SiO2的32％、60％沒提高，因此用光沉積法制備Cu2+/TiO2-SiO2成本高、活性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的提供一種Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑的制備方法。該方法具有工藝合理，制備設(shè)備簡單，反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)成本低的特點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過下述的技術(shù)方案加以實現(xiàn)，一種Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟1、按正硅酸己酯與乙醇和乙酸及去離子水摩爾比為1∶40～60∶20～30∶60～80將正硅酸己酯加入乙醇與乙酸中，然后滴入去離子水，在20～30℃下以60～100轉(zhuǎn)/min經(jīng)過10～20min的攪拌生成SiO2溶膠；2、按正硅酸己酯與鈦酸丁酯和硝酸銅摩爾比為1∶4∶0.02將鈦酸丁酯加入上述的SiO2溶膠中，在20～30℃下以60～100轉(zhuǎn)/min攪拌10～20min形成TiO2-SiO2溶膠，再滴入硝酸銅溶液，攪拌30～60min，得到Cu2+/TiO2-SiO2溶膠；3、將步驟2制備得到的Cu2+/TiO2-SiO2溶膠在20～30℃下干燥48～72小時后，再在干燥箱里70～90℃干燥36～48小時，得到Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠；4、將步驟3的Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠在500～600℃下進行煅燒，恒溫2～3小時；5、冷卻后將產(chǎn)品研磨得到10～15nm的Cu2+/TiO2-SiO2催化劑。
對上述制得的Cu2+/TiO2-SiO2催化劑評價方法是通過對氣相二甲苯光催化降解的轉(zhuǎn)化率情況進行評價的。Cu2+/TiO2-SiO2光催化降解二甲苯的活性實驗是在一個26L的玻璃室反應(yīng)裝置里進行的。具體過程如下稱取0.2g的Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑，加入適量的2ml蒸餾水，攪拌形成漿狀后，涂于玻璃板上(260mm×50mm)在100℃干燥后放在反應(yīng)裝置中，再注入一定量的二甲苯使其反應(yīng)系統(tǒng)中的濃度達到50ppm，打開軸流風(fēng)扇使氣體在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)20min后，取樣作為光催化降解的初始濃度，然后8w的紫外殺菌燈(波長254nm)下進行光催化反應(yīng)，用GC7900型氣相色譜儀測試對二甲苯濃度的變化。反應(yīng)240min后，結(jié)束實驗。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，所制備的Cu2+/TiO2-SiO2有受可見光輻射也能激發(fā)的禁帶寬度，實現(xiàn)了對可見光的全頻吸收，可顯著提高Cu2+/TiO2-SiO2的光量子效率，且此催化劑具有高純度的銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，粒徑小，粒子分布均勻，較大的比表面積，活性高；同時具有工藝合理，生產(chǎn)制備流程簡單，反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)成本低。


圖1是實施例1所得的Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑和TiO2(P25)的紫外—可見光吸收光譜圖，是利用PE公司的Lambda35紫外-可見分光光度計對催化劑進行UV-Vis檢測得到的。
圖2是實施例1所得的Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑和TiO2(P25)的紅外光透光譜圖，通過Thermo Nicolet NEXUS FT紅外光譜儀檢測得到的。
圖3是實施例1所得的Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑和TiO2(P25)光催化降解二甲苯的濃度變化趨勢圖。
具體實施例方式
實施例1量取20ml無水乙醇、15ml冰醋酸和1.64ml正硅酸乙酯加入到錐形瓶中，在25℃下均勻混合，將8ml去離子水以5滴/min的速度滴入錐形瓶，滴畢后以60轉(zhuǎn)/min攪拌15min，得到透明SiO2溶膠。稱取10ml鈦酸丁酯以8滴/min的速度加入SiO2溶膠中，滴畢以60轉(zhuǎn)/min攪拌15min后得到TiO2-SiO2溶膠。再將2.94ml的硝酸銅溶液(濃度為0.5mol/L)以5滴/min的速度滴入TiO2-SiO2溶膠，滴畢以60轉(zhuǎn)/min攪拌40min后，自然狀態(tài)下靜置溶膠，得到半透明Cu2+/TiO2-SiO2凝膠，室溫下干燥48h后，在干燥箱中80℃干燥36h。最后將干燥后的Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠在馬弗爐中加熱至500℃，加熱電壓110V，升溫速度5℃/min，恒溫2h，取出研磨后得到平均粒徑為11nm的Cu2+/TiO2-SiO2催化劑4.8g。然后將催化劑進行XRD、UV-Vis、BET、FTIR表征和活性評價。比表面積(BET)是由Sorptomatic 1990來檢測的，Cu2+/TiO2-SiO2的比面積為291m2·g-1，本發(fā)明制得的催化劑具有大比表面積的催化劑表面擁有更多的活性位，可以吸附更多的有機物，更有利于活性的提高。
本實施例1制得的催化劑與現(xiàn)有的TiO2催化劑吸光強度比較曲線如圖1所示，由圖中可以看出在可見光區(qū)，Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑的光吸收明顯高于TiO2，實現(xiàn)了對可見光的全頻吸收；從圖2中可以看出本實施例1制得的催化劑在3408cm-1與1630cm-1處的峰值明顯比現(xiàn)有的TiO2(P25)強，說明吸水性強了，活性高；從圖3中可以看出本實施例1制得的催化劑活性明顯比TiO2(P25)的高，光催化氧化50ppm二甲苯的降解率為96.5％，比TiO2光催化二甲苯的降解率67.88％提高了28.62％。
實施例2量取18ml無水乙醇、14ml冰醋酸和1.64ml正硅酸乙酯加入到錐形瓶中，在30℃下均勻混合，將7ml去離子水以5滴/min的速度滴入錐形瓶，滴畢后以80轉(zhuǎn)/min攪拌20min，得到透明SiO2溶膠。稱取10ml鈦酸丁酯以8滴/min的速度加入SiO2溶膠中，滴畢攪拌20min后得到TiO2-SiO2溶膠。再將2.94ml的硝酸銅溶液(濃度為0.5mol/L)以5滴/min的速度滴入TiO2-SiO2溶膠，滴畢攪拌60min后，自然狀態(tài)下靜置溶膠，得到半透明Cu2+/TiO2-SiO2凝膠，室溫下干燥72h后，在干燥箱中80℃干燥48h。最后將干燥后的Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠在馬弗爐中加熱至500℃，加熱電壓110V，升溫速度5℃/min，恒溫2h，取出研磨后得到平均粒徑為13nm的Cu2+/TiO2-SiO2催化劑4.7g，Cu2+/TiO2-SiO2的比面積為278m2·g-1，光催化氧化50ppm二甲苯的降解率為95.4％。
實施例3
量取40ml無水乙醇、30ml冰醋酸和3.28ml正硅酸乙酯加入到錐形瓶中，在20℃下均勻混合，將15ml去離子水以5滴/min的速度滴入錐形瓶，滴畢后以100轉(zhuǎn)/min攪拌10min，得到透明SiO2溶膠。稱取20ml鈦酸丁酯以8滴/min的速度加入SiO2溶膠中，滴畢攪拌10min后得到TiO2-SiO2溶膠。再將5.88ml的硝酸銅溶液(濃度為0.5mol/L)以5滴/min的速度滴入TiO2-SiO2溶膠，滴畢攪拌30min后，自然狀態(tài)下靜置溶膠，得到半透明Cu2+/TiO2-SiO2凝膠，室溫下干燥64h后，在干燥箱中80℃干燥42h。最后將干燥后的Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠在馬弗爐中加熱至500℃，加熱電壓110V，升溫速度5℃/min，恒溫3h，取出研磨后得到平均粒徑為12nm的Cu2+/TiO2-SiO2催化劑9.7g，比面積為285m2·g-1，光催化氧化50ppm二甲苯的降解率為96.2％。
權(quán)利要求
1.一種Cu2+/TiO2-SiO2納米催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)、按正硅酸己酯與乙醇和乙酸及去離子水摩爾比為1∶40～60∶20～30∶60～80將正硅酸己酯加入乙醇與乙酸中，然后滴入去離子水，在20～30℃下以60～100轉(zhuǎn)/min經(jīng)過10～20min的攪拌生成SiO2溶膠；2)、按正硅酸己酯與鈦酸丁酯和硝酸銅摩爾比為1∶4∶0.02將鈦酸丁酯加入上述的SiO2溶膠中，在20～30℃下以60～100轉(zhuǎn)/min攪拌10～20min形成TiO2-SiO2溶膠，再滴入硝酸銅溶液，攪拌30～60min，得到Cu2+/TiO2-SiO2溶膠；3)、將步驟2)制備得到的Cu2+/TiO2-SiO2溶膠在20～30℃下干燥48～72小時后，再在干燥箱里70～90℃干燥36～48小時，得到Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠；4)、將步驟3)的Cu2+/TiO2-SiO2干凝膠在500～600℃下進行煅燒，恒溫2～3小時；5)、冷卻后將產(chǎn)品研磨得到10～15nm的Cu2+/TiO2-SiO2催化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開一種Cu
文檔編號B01D53/86GK1768931SQ20051001534
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月9日
發(fā)明者張國亮, 王賢親, 張鳳寶 申請人:天津大學(xué)