專利名稱：一種固體納米薄膜光催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬水污染控制領(lǐng)域，涉及一種催化劑，具體是一種固體納米薄膜光催化劑。
背景技術(shù)：
隨著社會城市化、工業(yè)化進程的加快，廢水的產(chǎn)生和排放逐年增加，已嚴重威脅到我們的生活環(huán)境，再加上水資源的日益枯竭，水處理技術(shù)的開發(fā)和應用已逐漸引起重視，廢水的處理和再利用可大大緩解水資源緊張的局勢。近年來，人們嘗試使用光催化法處理廢水中以往化學法和生物法難以降解的有機污染物，取得了一些成效。例如利用TiO2在光作用下產(chǎn)生強氧化性的過氧自由基負離子 O2 · _和羥基自由基HO ·，使有機污染物氧化分解并最終礦化為C02，H2O以及S042_，N03_， Cl—等無機離子。用溶膠-凝膠(Sol-gel)法制備得到的TiO2納米薄膜光催化劑因其化學穩(wěn)定性、價廉易得、無毒等優(yōu)點而深受人們青睞，是目前最有可能用于光催化降解水體有機污染物的光催化劑，但TiO2納米薄膜僅吸收波長小于400nm的紫外光，在可見光范圍沒有響應，太陽光能的利用率比較低(小于5% )，因而制約了其在實際中的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種固體納米薄膜光催化劑，利用活性成分PW11Co [PW11O39Co(II) (H2O) 5_受光子激發(fā)發(fā)生荷移躍遷，導致與Co (II)配位的H2O 分子被氧化，生成強氧化性的HO ·，從而將廢水中一般氧化劑或微生物難以分解的有機污染物氧化分解。由于PW11Co同時具備紫外和可見光催化活性，因而可大大提高太陽光能的利用率和水體有機污染物降解的速率，具有活性高、穩(wěn)定性好、適用性廣、可反復使用等優(yōu)點。在酸性條件下，鈦酸四丁酯在乙醇水溶液中水解產(chǎn)生新鮮的TiO2溶膠，TiO2膠核表面荷正電，加入荷負電的PW11Co [Pff11O39Co(II) (h2o)5-后，由于靜電相互作用，TiO2膠核表面吸附PW11C0形成PWnCo/Ti02膠體，陳化后，PffnCo/Ti02膠體凝結(jié)為凝膠，將該凝膠均勻涂覆在基體表面，焙燒即可得到PWnCo/Ti02納米薄膜光催化劑，其活性成分PW11Co [PW11O39Co(II) (H20)5_在紫外光、可見光區(qū)均有吸收(圖I)。光照時，PW11Co受激，發(fā)生 HOMO(Od) — LUMO紫外光激發(fā)荷移躍遷或HOMO(Od) — d Co(II)可見光激發(fā)，波長400 660nm荷移躍遷,導致與Co (II)配位的H2O分子被氧化，Co (II)被還原。還原態(tài)的Co(I) 不穩(wěn)定，迅速將溶液中溶解的分子氧(O2)還原為HOO ·、H2O2乃至羥基自由基HO ·，Co (I) 則被氧化恢復為Co(II)而構(gòu)成光催化循環(huán)。HO·具有很強的氧化性，可以氧化分解許多一般氧化劑或微生物難以分解的有機物。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案一種固體納米薄膜光催化劑，是將乙醇和水按體積比I : 18 22的比例混合得到乙醇水溶液，將PW11Co溶解在乙醇水溶液中使其濃度為O. 05 O. 5mol/L，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并調(diào)節(jié)反應體系的pH在2 3之間，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附PW11Co后形成PW11CVTiO2膠體，待膠體陳化成凝膠后， 用涂覆機將PWnCo/Ti02凝膠均勻涂覆于基體表面，并置于350 450°C下焙燒2 4小時即可得到PW1 A(VTiC)2固體納米薄膜光催化劑。本發(fā)明中，調(diào)節(jié)反應體系的pH采用稀鹽酸溶液進行。本發(fā)明中，所述基體是玻璃基體。I、在可見光照射下催化降解羅丹明B(RhB)圖2表明，采用本發(fā)明所提供的PWnCo/Ti02納米薄膜作為光催化劑，在200W金鹵燈(λ > 420nm)照射下,僅用70min, 10 μ mol · L-1的RhB染料便完全被降解。圖3表明，在相同的室外太陽光照條件下，使用TiO2納米薄膜作為光催化劑，光照 120min，10 μ mol · L^1RhB的降解率僅36%，而使用PWnCo/Ti02納米薄膜作為光催化劑，光照120min, 10 μ mol · L-1RhB的降解率可達到95%。2、催化劑的穩(wěn)定性應用PWnCo/Ti02納米薄膜光催化劑進行循環(huán)使用實驗，結(jié)果如圖4所示。圖4表明，用PWnCo/Ti02在200W金鹵燈照射下降解RhB，經(jīng)過5次循環(huán)使用后，PWnCo/Ti02的光催化活性變化很小。本發(fā)明制備方法簡單，操作簡便，利用PW11Co受光子激發(fā)發(fā)生荷移躍遷，生成強氧化性的HO ·，從而有效地將廢水中一般氧化劑或微生物難以分解的有機污染物氧化分解和礦化，且活性高、穩(wěn)定性好、適用范圍廣、可反復使用、可高效利用太陽光能、節(jié)能低耗，具有現(xiàn)實意義。


圖I是PW11Co的可見光(A)和PWnCo/Ti02的漫反射紫外光-可見光⑶吸收光
-i'Tfe P曰。圖2是PWnCo/Ti02薄膜可見光催化降解RhB的c/cQ t曲線。反應條件 10 μ mol · Γ1 RhB，200W 金鹵燈，PffnCo/Ti02 薄膜面積 I. 8X2. 4cm2。圖3是利用太陽光降解RhB (a) 10 μ mol · L-1 RhB初始溶液，無光照；(b) a+太陽光；((3)8+1102膜+太陽光；(d)a+PWnCo/Ti02薄膜+太陽光。其他反應條件Ti02和PW11Co/ TiO2薄膜面積I. 8X2. 4cm2,太陽光照時間120min。圖4是PWnCo/Ti02光催化劑可見光催化降解RhB的循環(huán)實驗。反應條件 10 μ mol · L-1RhB, 200W 金鹵燈。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例一將乙醇和水按體積比I : 18的比例混合得到乙醇水溶液，將PW11Co溶解在乙醇水溶液中使其濃度為0. lmol/L，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并采用稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)反應體系的PH為3，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附 PW11Co后形成PWnCo/Ti02膠體，待膠體陳化成凝膠后，用涂覆機將PWnCo/Ti02凝膠均勻涂覆于玻璃基體表面，并置于380°C下焙燒2小時即可得到PWnCo/Ti02固體納米薄膜光催化劑。實施例二將乙醇和水按體積比I : 20的比例混合得到乙醇水溶液，將PW11Co溶解在乙醇水溶液中使其濃度為O. 3mol/L，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并采用稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)反應體系的PH為2. 5，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附 PW11Co后形成PWnCo/Ti02膠體，待膠體陳化成凝膠后，用涂覆機將PWnCo/Ti02凝膠均勻涂覆于玻璃基體表面，并置于400°C下焙燒3小時即可得到PWnCo/Ti02固體納米薄膜光催化劑。實施例三將乙醇和水按體積比I : 22的比例混合得到乙醇水溶液，將PW11Co溶解在乙醇水溶液中使其濃度為O. 4mol/L，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并采用稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)反應體系的PH為3，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附 PW11Co后形成PWnCo/Ti02膠體，待膠體陳化成凝膠后，用涂覆機將PWnCo/Ti02凝膠均勻涂覆于基體表面，并置于450°C下焙燒2小時即可得到PWnCo/Ti02固體納米薄膜光催化劑。實施例四將乙醇和水按體積比I : 20的比例混合得到乙醇水溶液，將PW11Co溶解在乙醇水溶液中使其濃度為O. 2mol/L，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并采用稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)反應體系的PH為2，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附 PW11Co后形成PWnCo/Ti02膠體，待膠體陳化成凝膠后，用涂覆機將PWnCo/Ti02凝膠均勻涂覆于基體表面，并置于400°C下焙燒3小時即可得到PWnCo/Ti02固體納米薄膜光催化劑。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體納米薄膜光催化劑，其特征是將乙醇和水按體積比I : 18 22的比例混合得到乙醇水溶液，將PW11Co溶解在乙醇水溶液中使其濃度為O. 05 O. 5mol/L，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并調(diào)節(jié)反應體系的pH在2 3之間，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附PW11Co后形成PWnCo/Ti02膠體，待膠體陳化成凝膠后，用涂覆機將PWnCo/Ti02凝膠均勻涂覆于基體表面，并置于350 450°C下焙燒2 4 小時即可得到PWnCo/Ti02固體納米薄膜光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體納米薄膜光催化劑，其特征在于調(diào)節(jié)反應體系的PH是采用稀鹽酸溶液進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體納米薄膜光催化劑，其特征在于所述基體是玻璃基體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體納米薄膜光催化劑，是將PW11Co溶解在乙醇水溶液中，然后在常溫下將鈦酸四丁酯逐滴滴加到上述溶液中，攪拌并調(diào)節(jié)反應體系的pH在2～3之間，使鈦酸四丁酯緩慢水解生成TiO2膠核，其吸附PW11Co后形成PW11Co/TiO2膠體，待膠體陳化成凝膠后，用涂覆機將PW11Co/TiO2凝膠均勻涂覆于基體表面，焙燒即可得到PW11Co/TiO2固體納米薄膜光催化劑。本發(fā)明制備方法簡單，操作簡便，利用PW11Co受光子激發(fā)發(fā)生荷移躍遷，生成強氧化性的HO·，從而有效地將廢水中一般氧化劑或微生物難以分解的有機污染物氧化分解和礦化，且活性高、穩(wěn)定性好、適用范圍廣、可反復使用、可高效利用太陽光能、節(jié)能低耗，具有現(xiàn)實意義。
文檔編號B01J27/188GK102600872SQ20121003054
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者華英杰, 王崇太 申請人:海南師范大學