專利名稱：一種以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種云母表面負(fù)載一維納米TiO2復(fù)合光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
水資源是人類生產(chǎn)生活的關(guān)鍵資源，可是如今，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，水體污染嚴(yán)重，水資源的保護(hù)和水污染的治理成為 現(xiàn)代社會最關(guān)注的問題。中國是一個干旱缺水嚴(yán)重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，但人均只有2200立方米，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。據(jù)相關(guān)監(jiān)測，大量的工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理直接排入水中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥大量使用，使得水體污染日漸嚴(yán)重。日趨嚴(yán)重的水污染不僅降低了水體的使用功能，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾，不僅對我國正在實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來了嚴(yán)重影響，而且還嚴(yán)重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康。全國近一半河段和九成的城市水域已經(jīng)受到不同程度的污染。水環(huán)境的惡化，使得水資源也更加短缺了。水污染的治理被提上日程，正逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)和話題。研制開發(fā)出綠色，低耗，高效的新型環(huán)保材料和污染處理技術(shù)迫在眉睫。納米TiO2因其無毒無害，良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的光催化活性等特點(diǎn)，作為一種新型環(huán)保的功能納米材料，在廢水處理，空氣凈化，殺菌消毒等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，納米TiO2粉體光催化劑在降解水體污染物的反應(yīng)過程必須在液體介質(zhì)中分散均勻，在制備和使用時極易團(tuán)聚，降解處理完又很難自由沉降并與溶液分離，致使回收和重復(fù)利用十分困難，這一缺點(diǎn)大大限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了能夠有效解決這個問題，可將二氧化鈦負(fù)載于各種基體上，包括非金屬礦物材料，例如石墨，蒙脫石，沸石，凹凸棒，云母等。專利號為98124570. 6的發(fā)明專利，有色云母鈦系顏料及使用該顏料的涂裝體，發(fā)明涉及有色云母鈦系顏料，在薄片狀云母基板上包覆復(fù)合氧化物，從而改善云母鈦系顏料的色調(diào)。顏料色調(diào)可以因觀察方向變化而變化。專利號為200510094179. 2的發(fā)明專利，納米金紅石二氧化鈦沉積法制備云母鈦納米復(fù)合材料，發(fā)明涉及一種制備云母鈦納米復(fù)合材料的方法，即以金紅石型TiO2為包覆齊 、濕法絹云母為基材、納米金紅石二氧化鈦沉積法制備云母鈦納米復(fù)合材料的方法。制備的云母鈦納米復(fù)合材料，白度好，相對散射力高，珠光效果明顯。專利號為201010206393. 3的發(fā)明專利，一種漂浮型N-TiO2/漂珠光催化劑、其制備方法及應(yīng)用，是在漂珠表面負(fù)載N摻雜顆粒TiO2,所采用的制備方法為溶膠凝膠法，主要目的是采用微珠進(jìn)行負(fù)載，利用N摻雜拓展光響應(yīng)范圍。專利號為01135207. 8的發(fā)明專利，一種負(fù)載型納米TiO2光催化劑的其制備方法，采用納米TiO2為主的無機(jī)膠體為粘結(jié)劑，使得光催化劑與空心硅鋁球，硅鋁纖維產(chǎn)生粘結(jié)。主要工藝包含浸潰，干燥，燒結(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是遴選合適的載體以及制備方法提高二氧化鈦的光催化活性，并使其在水中易分散且易回收。本發(fā)明將納米TiO2在云母表面進(jìn)行包覆形成一層納米顆粒薄膜，并通過水熱處理進(jìn)一步生長為一維納米TiO2,實(shí)現(xiàn)納米TiO2在無機(jī)非金屬片層礦物上的負(fù)載，解決分散性差，回收困難的問題，是一種具有高光催化活性，易分散，易回收的新型復(fù)合納米光催化劑。本發(fā)明以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑，是以片層云母為載體，在載體表面包覆一維納米TiO2薄膜后得到的光催化劑；所述片層云母為片層結(jié)構(gòu)，直徑為50-150微米，片層厚度為O. 5-3微米；所述一維納米TiO2薄膜的厚度為O. 5-2微米，所述納米TiO2為納米管狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明納米TiO2薄膜的負(fù)載量是由薄膜厚度決定的，納米TiO2質(zhì)量可以通過厚度調(diào)節(jié)控制在載體質(zhì)量的50-200%。本發(fā)明以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括云母預(yù)處理、納米TiO2催化劑的負(fù)載以及一維納米TiO2催化劑水熱合成各單元過程,其特征在于所述云母預(yù)處理是向10_20g片層云母中加入蒸餾水配制成固液質(zhì)量比30 :1的懸濁液，將所述懸濁液升溫至80-90°C，加入30-60mL質(zhì)量濃度30-40%的鹽酸溶液，攪拌反應(yīng)30min,然后降溫至60-70°C,用蒸懼水和無水乙醇洗漆至無Cl— (O.1mol · L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))后過濾并真空干燥，得到預(yù)處理的云母；所述納米TiO2催化劑的負(fù)載(水解沉淀)是向3_6g預(yù)處理的云母中加入蒸餾水配制成固液比為50 1的懸濁液，將所述懸濁液升溫至80-90°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)pH值
2-2. 5，然后加入20-40g尿素(中和劑)并滴加250mL濃度O. lmol/L的四氯化鈦溶液，滴加速度l-3mL/min,滴加完成后用蒸懼水和無水乙醇洗漆至無Cl— (O.1mol · L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))后過濾并真空干燥24h，再于400-70(TC焙燒2h，得到云母負(fù)載納米TiO2光催化劑；所述四氯化鈦溶液是以質(zhì)量濃度8-12%的H2SO4溶液為溶劑，冰水浴條件下配制得到。所述一維納米TiO2催化劑水熱合成(水熱生長)是將O. 2-0. 4g云母負(fù)載納米TiO2光催化劑依次置于l-10mol/L的KOH溶液中，于150°C密閉反應(yīng)24_96h，反應(yīng)結(jié)束后用O. Ι-lmol/L的HCl溶液、蒸餾水以及無水乙醇洗滌至中性，真空干燥后再于400-500°C焙燒2h，得到以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑，簡寫為一維納米TiO2/云母光催化劑。水熱生長過程中優(yōu)選KOH溶液的濃度為7mol/L，于150°C密閉反應(yīng)72h。與納米TiO2粉體光催化劑相比，片層云母尺寸較大，很容易在溶液中被分散，也能夠充分接受光線的照射，回收方便，可以循環(huán)使用。在水體污染物處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于一維納米結(jié)構(gòu)較顆粒具有更大的比表面積，使TiO2與反應(yīng)物接觸面積增大，因此采用水熱法讓負(fù)載型納米TiO2進(jìn)行一維生長成納米線或納米管，可進(jìn)一步有效提高其光催化效率。本發(fā)明與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明的效果體現(xiàn)在以下三點(diǎn)
1、納米二氧化鈦在制備和使用時極易團(tuán)聚，降解處理完又很難自由沉降并與溶液分離，致使回收和重復(fù)利用十分困難。本發(fā)明以片層云母為載體，片層云母主要有白云母與絹云母等，其中白云母(muscovite)是一種天然細(xì)粒的具有層狀矽酸鹽結(jié)構(gòu)的云母，是具有玻璃光澤和絲絹光澤，形為大板塊狀的六方晶體或晶粒的集合體。白云母礦主要由長石，石英，白云母組成，其化學(xué)式為KAl2 [Si3AlO1J (0H，F(xiàn))2，其中Al也可少量地被Fe3+，Mg，F(xiàn)e2+甚至Mn，Cr，V等所置換。白云母屬單斜晶系，具有高度完全的底解理性，有的在(110)，(010)面裂理，吸附性強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是良好的電絕緣體和熱絕緣體。獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，可剝分成厚徑比較大的微米級薄片，表面羥基的存在使其有良好的親水性，這些都為二氧化鈦提供了一個光潔平整的基底，比表面積大，是很好的載體材料，有利于充分接受光線的照射。2、本發(fā)明采用水解沉淀法將納米TiO2負(fù)載于云母載體上，可以減少納米TiO2的團(tuán)聚效應(yīng)，改善分散效果，提高了材料的重復(fù)利 用性能。在此過程中，通過調(diào)整滴加速度，攪拌速度，煅燒溫度等參數(shù)，可以控制納米顆粒TiO2的晶粒尺寸、晶體類型、負(fù)載均勻性與厚度
坐寸O3、本發(fā)明采用水熱法，將納米顆粒TiO2進(jìn)一步生長成為一維納米TiO2，可以增加納米TiO2的比表面積，改善光催化性能。通過調(diào)整水熱溫度、水熱時間、介質(zhì)濃度，可以實(shí)現(xiàn)一維納米TiO2的可控生長。
四

圖1是預(yù)處理后的云母的SEM形貌圖。圖2是水解沉淀后云母負(fù)載納米TiO2光催化劑的SEM形貌圖。圖3是水熱生長(7mol/LK0H，150°C，72h)后一維納米TiO2/云母光催化劑的SEM形貌圖。
五具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL3mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)24h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。
實(shí)施例2 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。 稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL3mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)48h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例3 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取0. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL3mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)72h后取出，用0. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例4 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的0. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL3mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)96h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例5 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的H Cl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓釜中，然后加入50mL5mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)24h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例6 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的0. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取0. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL5mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)48h后取出，用0. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例7 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL5mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)72h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水
乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例8 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取0. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL5mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)96h后取出，用0. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例9 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的0. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取0. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL7mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)24h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例10 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié) pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓釜中，然后加入50mL7mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)48h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例11 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的0. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取0. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓釜中，然后加入50mL7mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)72h后取出，用0. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例12 稱取300-100目的白云母15g于500ml的燒杯中，加500ml蒸懼水配制成懸池液，攪拌并加熱到85°C后，加50ml質(zhì)量濃度35%的HCl溶液持續(xù)攪拌30min，等溫度降到60°C時用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用0.1mol · I^1AgNO3溶液檢驗(yàn))，真空干燥后得到預(yù)處理的云母備用。稱取6g預(yù)處理的云母于燒杯中，加入300ml蒸餾水配制成懸濁液，在水浴鍋中加熱攪拌至80°C，用lmol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值2-2. 5后迅速加入40g尿素(中和劑)，同時滴加250ml的O. lmol/L四氯化鈦溶液(冰水浴環(huán)境下配制)，滴加速度控制在lml/min，待四氯化鈦溶液全部滴完后，停止加熱和攪拌并取出，用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液中無Cr (采用O.1mol ^L-1AgNO3溶液檢驗(yàn))，于真空干燥箱中干燥24h后，經(jīng)400°C焙燒2h，即獲得白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑。稱取O. 6g白云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于高壓爸中，然后加入50mL7mol/L的KOH溶液，密閉條件下升溫至150°C反應(yīng)96h后取出，用O. lmol/L鹽酸溶液、蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，于真空干燥箱中干燥24h后再于400°C焙燒2h，即得到一維納米TiO2/云母光催化劑。實(shí)施例13 對實(shí)施例1-實(shí)施例12所制備的光催化劑進(jìn)行光催化降解甲基橙檢測實(shí)驗(yàn)過程在避光的暗箱中進(jìn)行。分別稱取1-12號樣品各O. 5g放入15mL、濃度為20mg/L的甲基橙溶液中，選取300W汞燈為光源，在磁力攪拌條件下下進(jìn)行光催化降解。每隔一段時間取上層清液測其吸光度A的變化，遵守郎勃-比爾定律，根據(jù)下式計(jì)算其催化率D= (CO-C) /CO= (AO-A) /AO X 100%式中，CO, Ct, A0, At分別表示甲基橙溶液的初始濃度及經(jīng)過時間t降解脫色后的濃度，初始吸光度和經(jīng)過時間t光催化降解脫色后的吸光度。光催化反應(yīng)15-60min后對甲基橙的降解率結(jié)果如下表
實(shí)施例Π [2 [3 [4 [5 (6 [7 [8 9 [Ιθ~[Tl~[ 2~
光催化 15min15~ 20 17~Yl~ 25~*26~ 22~*32~~45~*59~ 46~
降解率_____________
30min 二6 28 36 27 33 38 42 35 58 67 83 66
(%)
45min ~"36~~~44~50 ^6~49~*72~*83~~96~*76~
fiOmin 42~43~50 40~59~63~69~62~*80~*89~~99~*82~堿液濃度增加、水熱生長時間延長有利于二氧化鈦管在一維方向的生長，增大材料的比表面積，提高光催化性能；但堿液濃度過大也會使得水熱介質(zhì)與載體云母發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，對負(fù)載和光催化降解均不利。通過上表中數(shù)據(jù)可知相同條件下，堿液濃度為7mol/L最利于一維的生長，水熱溫度150°C，水熱時間72h，隨后對產(chǎn)物使用0. lmol/L稀鹽酸進(jìn)行酸洗后得到了形貌完整的一維納米二氧化鈦包覆粉煤灰微珠的復(fù)合材料，光催化降解率最高。從24小時增加到72小時，水熱時間增加是利于材料的水熱生長，水熱時間過長，達(dá)到96小時,反而對光催化效果不利。實(shí)施例14 :對比實(shí)驗(yàn)選取實(shí)例11制備樣品與未進(jìn)行第二步水熱工藝樣品(記為11-A)進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)采用300W汞燈為光源，對樣品進(jìn)行光降解實(shí)驗(yàn)，分別稱取經(jīng)2種樣品各0. 5g，加入20mL濃度為20mg/L甲基橙溶液，光照10mirT60min后得到催化率的結(jié)果如下表
權(quán)利要求
1.一種以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑，其特征在于 所述光催化劑是以片層云母為載體，在載體表面包覆一維納米TiO2薄膜后得到的光催化劑； 所述片層云母為片層結(jié)構(gòu)，直徑50-150微米，片層厚度0. 5-3微米； 所述一維納米TiO2薄膜的厚度為0. 5-2微米，所述納米TiO2為納米管狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化劑，其特征在于 所述片層云母為片層白云母。
3.—種權(quán)利要求1所述的以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括云母預(yù)處理、納米TiO2催化劑的負(fù)載以及一維納米TiO2催化劑水熱合成各單元過程，其特征在于 所述云母預(yù)處理是向10_20g片層云母中加入蒸餾水配制成固液質(zhì)量比30 1的懸濁液，將所述懸濁液升溫至80-90°C，加入30-60mL質(zhì)量濃度30-40%的鹽酸溶液，攪拌反應(yīng)30min，然后降溫至60-70°C，用蒸餾水和無水乙醇洗滌至無Cl—后過濾并真空干燥，得到預(yù)處理的云母； 所述納米TiO2催化劑的負(fù)載是向3-6g預(yù)處理的云母中加入蒸餾水配制成固液比為50 1的懸濁液，將所述懸濁液升溫至80-90°C，調(diào)pH值2-2. 5，然后加入20-40g尿素并滴加250mL濃度0. lmol/L的四氯化鈦溶液，滴加完成后用蒸餾水和無水乙醇洗滌至無Cl_后過濾并真空干燥24h，再于400-700°C焙燒2h，得到云母負(fù)載納米TiO2光催化劑； 所述一維納米TiO2催化劑水熱合成是將0. 2-0. 4g云母負(fù)載納米TiO2光催化劑置于3-lOmol/L的KOH溶液中，于150°C密閉反應(yīng)24-96h，反應(yīng)結(jié)束后用0. l_lmol/L的鹽酸溶液、蒸餾水以及無水乙醇洗滌至中性，真空干燥后再于400-500°C焙燒2h，得到一維納米TiO2/云母光催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于 四氯化鈦溶液的滴加速度為l_3mL/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于 KOH溶液的濃度為7mol/L，于150°C密閉反應(yīng)72h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以云母為載體的一維納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法，該復(fù)合光催化劑是由片層云母作為載體，包覆一維納米二氧化鈦薄膜構(gòu)成；所述云母載體為片層結(jié)構(gòu)，片層直徑約為50-150微米，片層厚度為0.5~3微米；所述一維納米TiO2薄膜的厚度約為0.5~2微米，TiO2為一維納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明復(fù)合光催化劑易于在液態(tài)介質(zhì)中分散和回收利用，具有較高的反應(yīng)活性，達(dá)到有效地去除水中有機(jī)污染物的目的，在水體凈化方面具有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號B01J21/16GK103007912SQ20121053495
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者呂珺, 徐光青, 吳玉程, 鄭治祥, 何早陽, 周嵩 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)