B01J23/889 C02F101/30 C02F1/32 C02F1/30
1.本发明涉及一种制备TiO 2/黑电气石复合光催化材料的新方法,这种光催化材料主要用于 光催化降解有机污染物,其特征为:本发明以黑电气石、钛酸四丁酯和无水乙醇为主要原料, 按不同比例混合,外加浓硝酸作为水解抑制剂。利用溶胶‑凝胶法制备出干凝胶,磨细后在 500℃条件下煅烧3h,即得TiO 2/黑电气石复合光催化材料;本发明所制得的TiO 2/黑电气石复 合光催化材料中TiO 2的组成物相主要为锐钛矿相少量为金红石相,所述黑电气石粉的加入量 的质量百分比为1~2%。
2.根据权利要求1所述的一种制备TiO 2/黑电气石复合光催化材料的方法,其特征在于:所 述黑电气石粉产自河北省灵寿县,粉体粒度在600目;其化学组成为B 2O 3:9.72%、SiO 2: 36.72%、Fe 2O 3:4.77%、Al 2O 3:31.08%、MgO:8.71%、Na 2O.:1.90%、CaO:1.4%、K 2O: 0.48%、MnO:0.03%、Li 2O:0.008%。
3.根据权利要求1所述的一种制备TiO 2/黑电气石复合光催化材料的方法,其特征在于:所 述钛酸四丁酯原料为通常市售的原料,其纯度要求大于99.5%。
4.根据权利要求1所述的一种制备TiO 2/黑电气石复合光催化材料的方法,其特征在于:所 述无水乙醇为通常市售原料,其纯度要求大于99.9%。
5.根据权利要求1所述的一种制备TiO 2/黑电气石复合光催化材料的方法,其特征在于:所 述制备过程采用溶胶‑凝胶法,凝胶过程在40℃的磁力搅拌下进行,所的凝胶经干燥炉在80℃ 下干燥24h后研磨成粉末,再经箱式电阻炉在500℃下煅烧3h,冷却后即得TiO 2/黑电气石复 合光催化材料。
6.根据权利要求1所述的一种制备TiO 2/黑电气石复合光催化材料的方法,其特征在于:制 得的光催化材料用于光催化降解甲基橙等有机污染物,效果明显优于纯TiO 2,复合材料对甲 基橙的最高降解率比纯TiO 2提高了约21%,本发明涉及的这种TiO 2/黑电气石复合光催化材 料的制备方法具有成本低、制备过程消耗能量少等突出优势,且制备出的光催化材料的光催 化效果好。
一种TiO 2/黑电气石复合光催化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备TiO2/黑电气石复合光催化材料的方法,该材料用于光催化降解甲 基橙等有机污染物,属于光催化材料制备技术领域。
背景技术
随着印染工业的不断发展,印染废水的排放量越来越多,其环境污染问题越来越严重, 逐渐引起了人们的重视。甲基橙废水是印染废水的重要组成之一,近年来针对甲基橙处理的 研究越来越多。光催化法因具有高效、环保、不产生二次污染等优点,成为最具有开发前景 的方法之一。
TiO2具有化学性质稳定,无毒,无污染,适用范围广等特点。与硫化物、氮化物等光催 化剂相比,TiO2对一些难降解的持久性有机污染物去除效果更佳,且抗光和抗化学腐蚀性更 强,稳定性更好,因而成为最常用的光催化剂。用于光催化的TiO2以锐钛矿相和金红石相为 主,其中锐钛矿相TiO2的光催化性能最好。但是TiO2禁带较宽(E=3.2eV),只有吸收波长 387.5nm以下的紫外光,才能激发电子跃迁形成光生电子和空穴,且光生电子和空穴易复合, 导致光量子效率降低,从而影响TiO2的光催化效率。近年来国内外研究者为提高TiO2的光催 化性能采用各种方法对其进行改性,结果表明电气石和稀土元素的加入能够有效提高TiO2的 光量子效率,从而提高其光催化性能。
电气石的天然电极性,使其能够自发地吸引TiO2中的光生电子,从而有效地避免了光生 电子和空穴的再复合,提高了光催化的量子效率。利用溶胶‑凝胶法制备TiO2/黑电气石复合 光催化材料操作简便,成本低,能源消耗少。同时该材料克服了纯TiO2光量子效率低的缺点, 显著提高了TiO2对有机污染物甲基橙的光催化降解率。
发明内容
TiO2具有化学性质稳定,无毒,无污染,适用范围广等特点。且其对一些难降解的持久 性有机污染物去除效果优于传统的硫化物、氮化物等光催化剂。因此成为近年来广泛使用的 一种光催化剂。本发明以黑电气石、钛酸四丁酯和无水乙醇为主要原料,采用溶胶‑凝胶法制 备了一系列TiO2/黑电气石复合光催化材料,可应用于处理印染污水中的甲基橙等有机污染 物。
本发明涉及一种制备TiO2/黑电气石复合光催化材料的新方法,这种光催化原料主要用于 光催化降解有机污染物。其特征为:本发明以黑电气石、钛酸四丁酯和无水乙醇为主要原料, 按不同比例混合,利用溶胶‑凝胶法制备出干凝胶,磨细后在500℃条件下煅烧3h,即得TiO2/ 黑电气石复合光催化材料。本发明所制得的TiO2/黑电气石复合光催化材料中TiO2的组成物 相主要为锐钛矿相少量为金红石相。所述黑电气石粉的加入量的质量百分比为1~2%。
所述黑电气石粉产自河北省灵寿县,粉体粒度在600目。其化学组成为B2O3:9.72%、 SiO2:36.72%、Fe2O3:4.77%、Al2O3:31.08%、MgO:8.71%、Na2O:1.90%、CaO:1.4%、 K2O:0.48%、MnO:0.03%、Li2O:0.008%。
所述钛酸四丁酯原料为通常市售的原料,其纯度要求大于99.5%。
所述无水乙醇为通常市售的原料,其纯度要求大于99.9%。
所述制备过程采用溶胶‑凝胶法,凝胶过程在40℃的磁力搅拌下进行。所的凝胶经干燥炉 在80℃下干燥24h后研磨成粉末,再经箱式电阻炉在500℃下煅烧3h,冷却后即得TiO2/黑 电气石复合光催化材料。
制得的TiO2/黑电气石复合光催化材料中TiO2的组成物相为锐钛矿相和少量金红石相, TiO2的平均粒径在纳米级。制得的复合光催化材料用于光催化降解甲基橙等有机污染物,效 果明显优于纯TiO2,复合光催化材料对甲基橙的最高降解率比纯TiO2提高了约21%。本发明 涉及的这种TiO2/黑电气石复合光催化材料的制备方法具有成本低、制备过程消耗能量少等突 出优势,且制备出的光催化材料的光催化效果好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明:
本发明制备过程中采用的原料配方和配比分别为:无水乙醇与钛酸四丁酯的体积比1∶1, 黑电气石粉占总配料质量分数的1~2%。其中,黑电气石粉粒度为600目,纯度要求大于 99.8%;无水乙醇的纯度要求大于99.5%;钛酸四丁酯纯度要求大于99.5%;水解抑制剂浓硝 酸的加入量为3滴/10ml钛酸四丁酯。
本发明提出的这种制备TiO2/黑电气石复合光催化材料的方法:首先取100g黑电气石粉, 置于烧杯中,加入去离子水超声分散1h,经真空泵抽滤后加入1mol/L的盐酸溶液,超声分 散1h后,静置24h,倒去多余盐酸,用去离子水多次洗涤至中性,放入烘箱中干燥备用。将 10mlTi(OC4H9)4溶于10ml无水乙醇中,同时用胶头滴管加入3滴浓硝酸,用保鲜膜封口, 经磁力搅拌器在40℃下剧烈搅拌30min,得到透明溶液①。将1.5ml去离子水、15ml无水乙 醇、1ml浓硝酸共同加入分液漏斗中,得到混合溶液②,以1滴/2s的速度缓慢滴加到溶液① 中,以延缓水解速度,避免形成团聚和沉淀,同时剧烈搅拌,得到透明溶胶。在所得溶胶中 加入预处理后的黑电气石粉,再经磁力加热搅拌器剧烈搅拌40min后,室温下陈化24h,得 到透明凝胶。透明凝胶经烘箱干燥(干燥温度为80℃,干燥时间为24h)除去溶剂后,将所 得干凝胶研磨成细粉,再于500℃下煅烧3h,即得TiO2/黑电气石复合光催化材料。
一种TiO2/黑电气石复合光催化材料的制备工艺流程为:原料→原料预处理→配料混料→ 磁力搅拌→室温下陈化→干燥→煅烧→TiO2/黑电气石复合光催化材料
实施例1
原料预处理:
将黑电气石粉置于烧杯中,用去离子水和1mol/L的盐酸溶液超声分散各1h后,静置24h, 倒去多余盐酸,用去离子水多次洗涤至中性,放入烘箱中干燥备用。
原料及配比:无水乙醇与钛酸四丁酯各10ml,黑电气石粉占总配料质量分数的1.0%。
配料混料:
将无水乙醇与钛酸四丁酯按照上述配比装入烧杯中,同时用胶头滴管加入3滴浓硝酸, 用保鲜膜封口,经磁力搅拌器在40℃下剧烈搅拌30min,得到透明溶液①。将1.5ml去离子 水、15ml无水乙醇、1ml浓硝酸共同加入分液漏斗中,得到混合溶液②,以1滴/2s的速度缓 慢滴加到溶液①中,同时剧烈搅拌,得到透明溶胶。在所得溶胶中加入预处理后的黑电气石 粉0.312g,再经磁力加热搅拌器剧烈搅拌40min。
室温下陈化:
将搅拌好的溶胶在室温下陈化24h,得到透明凝胶。
干燥:
将透明凝胶用烘箱干燥(干燥温度为80℃,干燥时间为24h)除去溶剂后。
煅烧:
将所得干凝胶研磨成细粉,再于500℃下煅烧3h,即得TiO2/黑电气石复合光催化材料。
检验:黑电气石掺杂量为1.0%的TiO2/黑电气石复合光催化材料中TiO2的物相组成为 87.15%锐钛矿相和12.85%金红石相,平均粒径为43.83nm,对甲基橙的降解率为86.37%
实施例2
原料预处理:
将黑电气石粉置于烧杯中,用去离子水和1mol/L的盐酸溶液超声分散各1h后,静置24h, 倒去多余盐酸,用去离子水多次洗涤至中性,放入烘箱中干燥备用。
原料及配比:无水乙醇与钛酸四丁酯各10ml,黑电气石粉占总配料质量分数的1.5%。
配料混料:
将无水乙醇与钛酸四丁酯按照上述配比装入烧杯中,同时用胶头滴管加入3滴浓硝酸, 用保鲜膜封口,经磁力搅拌器在40℃下剧烈搅拌30min,得到透明溶液①。将1.5ml去离子 水、15ml无水乙醇、1ml浓硝酸共同加入分液漏斗中,得到混合溶液②,以1滴/2s的速度缓 慢滴加到溶液①中,同时剧烈搅拌,得到透明溶胶。在所得溶胶中加入预处理后的黑电气石 粉0.4703g,再经磁力加热搅拌器剧烈搅拌40min。
室温下陈化:
将搅拌好的溶胶在室温下陈化24h,得到透明凝胶。
干燥:
将透明凝胶用烘箱干燥(干燥温度为80℃,干燥时间为24h)除去溶剂后。
煅烧:
将所得干凝胶研磨成细粉,再于500℃下煅烧3h,即得TiO2/黑电气石复合光催化材料。
检验:黑电气石掺杂量为1.5%的TiO2/黑电气石复合光催化材料中TiO2的物相组成为 86.75%锐钛矿相和13.25%金红石相,平均粒径为42.64nm,对甲基橙的降解率为93.65%。
实施例3
原料预处理:
将黑电气石粉置于烧杯中,用去离子水和1mol/L的盐酸溶液超声分散各1h后,静置24h, 倒去多余盐酸,用去离子水多次洗涤至中性,放入烘箱中干燥备用。
原料及配比:无水乙醇与钛酸四丁酯各10ml,黑电气石粉占总配料质量分数的2.0%。
配料混料:
将无水乙醇与钛酸四丁酯按照上述配比装入烧杯中,同时用胶头滴管加入3滴浓硝酸, 用保鲜膜封口,经磁力搅拌器在40℃下剧烈搅拌30min,得到透明溶液①。将与1.5ml去离 子水、15ml无水乙醇、1ml浓硝酸共同加入分液漏斗中,得到混合溶液②,以1滴/2s的速度 缓慢滴加到溶液①中,同时剧烈搅拌,得到透明溶胶。在所得溶胶中加入预处理后的黑电气 石粉0.6303g,再经磁力加热搅拌器剧烈搅拌40min。
室温下陈化:
将搅拌好的溶胶在室温下陈化24h,得到透明凝胶。
干燥:
将透明凝胶用烘箱干燥(干燥温度为80℃,干燥时间为24h)除去溶剂后。
煅烧:
将所得干凝胶研磨成细粉,再于500℃下煅烧3h,即得TiO2/黑电气石复合光催化材料。
检验:黑电气石掺杂量为2.0%的TiO2/黑电气石复合光催化材料中TiO2的物相组成为 85.91%锐钛矿相和14.09%金红石相,平均粒径为43.63nm,对甲基橙的降解率为84.30%。
本文发布于:2024-09-25 12:30:32,感谢您对本站的认可!
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