專利名稱：活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，尤其是活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
1972年日本Fujishima和Honda報道二氧化鈦(TiO2)單晶電極水解以后，半導體光催化水中有機物的研究逐漸成為研究熱點。TiO2以其價廉，無二次污染，光化學性質(zhì)穩(wěn)定，能有效光催化氧化水中幾乎所有有機污染物等特點受到研究人員的重視。目前使用TiO2降解污染物時通常采用懸浮體系將納米級的TiO2超細粉末(最常用的是Degussa P25)混入反應液中，在通氣、攪拌，同時光照的條件下達到礦化有機物的目的。這種方法雖然使得納米TiO2與污染物充分接觸，但是回收催化劑非常困難。若將納米TiO2固定到顆粒狀載體(如活性炭)上，TiO2的回收變得簡便易行。而且，大量的研究發(fā)現(xiàn)活性炭能將溶液中的目標污染物富集到催化劑表面，在TiO2表面產(chǎn)生一個底物富集環(huán)境，從而提高了礦化速度，而且中間產(chǎn)物也被吸附在催化劑表面并被分解，避免了二次污染的產(chǎn)生。因此，將TiO2固定到活性炭上，既可提高光催化的效率，又可分離回收光催化劑。目前，制備活性炭負載TiO2光催化劑最常用的方法為浸漬法，溶膠-凝膠法和沉淀法。這些方法通常會將TiO2分散到載體的孔中，使TiO2極難被光激發(fā)，因此，負載的TiO2的活性會大大降低。而且這些方法工藝復雜，制備成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，成本較低，能夠在活性炭外表面負載二氧化鈦光催化劑的制備方法。
本發(fā)明提供的活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法，采用的是金屬有機化學氣相沉積法，包括以下步驟1)將40～60目顆粒狀活性炭放入濃度為1-10mol/L的HNO3溶液中，在373-573K溫度下煮沸0.5-2h，在活性炭表面生成含氧官能團，冷卻后用去離子水洗滌；2)將步驟1)所得的活性炭放入石英反應器中，向反應器中通入惰性氣體，氣體流量為50-200ml/min，然后加熱至373-573K并保持15-60分鐘，繼續(xù)加熱并保持在673-1073K；3)將鈦前驅(qū)物加熱到323-523K，以惰性氣體為載氣，將鈦前驅(qū)物載到石英反應器中，氣體流量為100-800ml/min，在活性炭表面沉積TiO2，沉積1-20h后，停止載入鈦前驅(qū)物；4)向反應器中通惰性氣體以除去殘留的部分鈦前驅(qū)物，在惰性氣體保護下煅燒1-3h。
本發(fā)明中，所說的惰性氣體是氮氣、氬氣或它們的混和氣體。鈦前驅(qū)物是鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯。
本發(fā)明的有益效果在于1)本發(fā)明省略了傳統(tǒng)的TiO2催化劑制備方法中飽和、干燥、老化、還原等步驟，大大簡化了催化劑制備工藝。
2)由于金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)采用氣相前驅(qū)物，這使得沉積的TiO2顆粒具有較小的粒徑，而且TiO2主要沉積在活性炭的外表面，從而有助于提高TiO2的光催化活性，可重復使用。
3)設備簡單，易于工業(yè)化。


圖1是本發(fā)明方法制備的催化劑的X射線衍射圖；圖2是本發(fā)明方法制備的催化劑的SEM圖；圖3是本發(fā)明方法制備的催化劑的TEM圖；圖4是TiO2的表面濃度與負載量的關(guān)系圖；圖5是活性炭負載的TiO2光催化劑和粉末光催化劑重復使用性的比較，圖中◆表示活性炭負載的TiO2光催化劑第1次使用時去除甲基橙的降解曲線，▲表示活性炭負載的TiO2光催化劑第5次使用時去除甲基橙的降解曲線，■表示活性炭負載的TiO2光催化劑第10次使用時去除甲基橙的降解曲線，◇表示粉末TiO2(Degussa P25)第1次使用時去除甲基橙的降解曲線，△表示粉末TiO2(Degussa P25)第5次使用時去除甲基橙的降解曲線，□表示粉末TiO2(Degussa P25)第10次使用時去除甲基橙的降解曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明可通過實施例詳細說明，但不是對本發(fā)明做任何限制。
實施例1將40～60目顆粒狀活性炭放入濃度為6mol/L的HNO3溶液中，在373K溫度下煮沸1h，在活性炭表面生成含氧官能團，冷卻后用去離子水洗滌；將上述所得活性炭放入石英反應器中，向反應器中通入氮氣，控制氮氣流量100ml/min，然后加熱至423K并保持60分鐘；再將反應器加熱到873K；將鈦酸丁酯加熱到523K，以氮氣作為載氣，氣體流量為400ml/min，將鈦酸丁酯載到反應器中，鈦酸丁酯分解后在活性炭表面沉積TiO2，沉積12h后，關(guān)閉鈦酸丁酯閥門，向反應器中通氮氣以除去殘留的部分前驅(qū)物，在氮氣保護下煅燒3h，制得活性炭負載二氧化鈦光催化劑。
實施例2將40～60目顆粒狀活性炭放入濃度為10mol/L的HNO3溶液中，在573K溫度下煮沸2h，在活性炭表面生成含氧官能團，冷卻后用去離子水洗滌；將上述所得活性炭放入石英反應器中，向反應器中通入氮氣，控制氮氣流量200ml/min，然后加熱至523K并保持15分鐘；再將反應器加熱到773K；將鈦酸異丙酯加熱到323K，以氮氣作為載氣，氣體流量為400ml/min，將鈦酸異丙酯載到反應器中，鈦酸異丙酯分解后在活性炭表面沉積TiO2，沉積6h后，關(guān)閉鈦酸異丙酯閥門，向反應器中通氮氣以除去殘留的部分前驅(qū)物，在氮氣保護下煅燒3h，制得活性炭負載二氧化鈦光催化劑。
實施例3將40～60目顆粒狀活性炭放入濃度為1mol/L的HNO3溶液中，在373K溫度下煮沸0.5h，在活性炭表面生成含氧官能團，冷卻后用去離子水洗滌；將上述所得活性炭放入石英反應器中，向反應器中通入氬氣，控制氬氣流量50ml/min，然后加熱至323K并保持30分鐘；再將反應器加熱到1073K；將鈦酸異丙酯加熱到423K，以氬氣作為載氣，氣體流量為800ml/min，將鈦酸異丙酯載到反應器中，鈦酸異丙酯分解后在活性炭表面沉積TiO2，沉積10h后，關(guān)閉鈦酸異丙酯閥門，向反應器中通氬氣以除去殘留的部分前驅(qū)物，在氬氣保護下煅燒3h，制得活性炭負載二氧化鈦光催化劑。
采用本發(fā)明制備的負載型TiO2光催化劑經(jīng)XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段證明所負載的TiO2為銳鈦礦，且分布均勻，粒經(jīng)大小在10-50nm的范圍內(nèi)(見圖2、圖3)。圖1為制備的催化劑的X射線衍射圖，樣品在2θ＝25.3處出現(xiàn)銳鈦礦的衍射峰，證明負載的TiO2的晶型為銳鈦礦。從圖4可以看出，在活性炭外表面的TiO2的濃度大大高于負載量，說明沉積的TiO2主要負載在活性炭的外表面。從圖5可以看出，活性炭負載的TiO2在使用10次之后，活性基本不變，表明TiO2與活性炭結(jié)合非常牢固。
權(quán)利要求
1.活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征是所述的方法包括以下步驟1)將40～60目顆粒狀活性炭放入濃度為1-10mol/L的HNO3溶液中，在373-573K溫度下煮沸0.5-2h，在活性炭表面生成含氧官能團，冷卻后用去離子水洗滌；2)將步驟1)所得的活性炭放入石英反應器中，向反應器中通入惰性氣體，氣體流量為50-200ml/min，然后加熱至373-573K并保持15-60分鐘，繼續(xù)加熱并保持在673-1073K；3)將鈦前驅(qū)物加熱到323-523K，以惰性氣體為載氣，將鈦前驅(qū)物載到石英反應器中，氣體流量為100-800ml/min，在活性炭表面沉積TiO2，沉積1-20h后，停止載入鈦前驅(qū)物；4)向反應器中通惰性氣體以除去殘留的部分鈦前驅(qū)物，在惰性氣體保護下煅燒1-3h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征是所說的惰性氣體是氮氣、氬氣或它們的混和氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征是所說的鈦前驅(qū)物是鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法，該方法采用的是金屬有機化學氣相沉積法，包括將活性炭載體進行硝酸處理，通過惰性氣體將加熱的鈦前驅(qū)物載到盛有活性炭的石英反應器中，將TiO
文檔編號B01J21/00GK1695797SQ200510049369
公開日2005年11月16日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者雷樂成, 張興旺, 周明華 申請人:浙江大學