一种膨胀珍珠岩负载纳米TiO₂复合光催化材料的制备方法

专利名称：一种膨胀珍珠岩负载纳米TiO₂复合光催化材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料的制备方法，属于矿物加工与非金属矿物材料领域。
背景技术：
20世纪70年代以来，纳米TiO2已经被证实是一种高效、无毒、性能稳定的光催化材料。但实际使用中存在两大问题。一是纯纳米TiO2易团聚、生产较难，且使用后难以回收。将其负载在合适的载体材料上是目前研究解决其易团聚和难回收的主要方法之一。目前研究的用于负载纳米TiO2 的载体材料主要有硅藻土、活性炭、分子筛、沸石、膨润土、海泡石、玻璃、陶瓷、白炭黑、蛋白土、凹凸棒石等；ニ是纯纳米TiO2光催化剂自然光利用率不高。TiO2是一种宽禁带半导体，其锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3. 2eV，只有波长较短的紫外光(300 400nm)才能被其吸收和利用，从而限制了纳米TiO2光催化剂的应用范围。因此，利用可见光激发是研究TiO2光催化剂的ー个重要目标，而掺杂则是解决其高效利用可见光或自然光的主要途径。目前研究采用的掺杂方式主要有两种非金属掺杂和金属掺杂。金属离子掺杂能够有效地拓展TiO2的可见光响应，但是金属离子掺杂的TiO2热稳定性较差；非金属掺杂的TiO2不仅在可见光区有较好的响应和表现出较强的光催化活性，而且这种光催化活性是不以牺牲UV激发下光活性为代价，可克服金属离子掺杂的缺陷，而用与纳米TiO2化学成分完全不同的天然非金属矿物作为载体制备负载型纳米TiO2复合材料，对于纳米TiO2这种光催化剂来说本身也是ー种掺杂方式，可是提高纳米TiO2对可见光的利用率。珍珠岩是ー种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷却而成的玻璃质岩石，其主要化学成分(％ )是 SiO2(68 74)、Al2O3(II 14)、Fe2O3(O. 5 3. 6)、CaO(O. 7 I. O)、K2O(2 3) ,Na2O(4 5) ,H2O(2. 3 6. 4)。这种岩石颗粒在1250 1300°C下的I 3秒内体积迅速膨胀(膨胀倍数4 25倍)。这种受热膨胀后的珍珠岩粉体称为膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩具有成分较复杂、体积密度轻(<60kg/m3)、绝热、吸音、防火、无毒、化学稳定性好等特点，是ー种轻质多孔的非金属矿物材料，适合用作为纳米TiO2的载体材料，且具备纳米TiO2材料掺杂的金属和非金属组分。本发明的目的是针对目前纳米TiO2光催化材料存在的问题，提出ー种以膨胀珍珠岩为载体负载纳米TiO2光催化材料的制备方法，制备出ー种在紫外和可见光区均具有良好光催化性能、且实用性好的膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料。

发明内容
将膨胀珍珠岩加水搅拌制浆，加酸调节pH值后对浆料降温，然后依次加入TiCl4溶液，硫酸铵溶液进行负载反应；负载反应完成后将反应液升至一定温度，然后加入稀氨水溶液调节溶液的PH值并陈化一定时间；最后将反应产物过滤、洗涤、干燥和煅烧，即得膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料。
其エ艺步骤如下(I)膨胀珍珠岩浆液制备将膨胀珍珠岩加水搅拌制浆，并加酸调节浆液pH值至
I.5 3. O后对浆液进行降温；(2)纳米TiO2的负载待浆液温度降至10°C以下依次加入四氯化钛溶液和硫酸铵溶液进行负载；(3)反应液升温和陈化对步骤(2)所述反应液进行升温，待反应液温度升至20°C以上后加入稀氨水溶液调节反应液的pH值并陈化；(4)将步骤(3)反应产物过滤、洗涤，干燥和煅烧。 以下为本发明的配方和主要エ艺条件(I)膨胀珍珠岩浆液制备清水与膨胀珍珠岩的质量比=100 I 20。(2)纳米TiO2的负载原、辅料质量比为膨胀珍珠岩四氯化钛硫酸铵=100 10 200 20 200。(3)反应液升温和陈化用稀氨水溶液调节反应液的终点pH值至4 9 ;陈化温度20 80°C，陈化时间O. 5 4. Oh0(4)负载产物过滤、干燥和煅烧干燥温度100 200°C ;煅烧温度300 900°C，煅烧时间I 6h。用本发明方法制备的膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料，膨胀珍珠岩颗粒表面上负载了主要晶型为锐钛矿型的纳米TiO2粒子；Ti02晶粒度为10 20nm。膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合材料在紫外光和可见光下均具有优良的光催化性能，紫外光下30分钟内可对罗丹明B溶液的光催化降解率达到90%以上；日光灯下，24h内对甲醛的降解去除率大于75%。下面通过实施例对本发明作进ー步阐述，本发明的保护范围不受所举之例的限制。
4附图
内容附图I是本发明的エ艺流程图。
具体实施例方式实施例一取膨胀珍珠岩60kg，加水2000L，加盐酸调节浆液pH值至2，搅拌分散并冷却至5°C后依次加入配制好的质量浓度为50%的四氯化钛水溶液120L和浓度为200g/L的硫酸铵溶液300L ;搅拌反应并升温至50°C后加入氨水调节反应液pH值为5. 0，然后在50°C温度下陈化2. Oh ;将反应产物过滤、经闪蒸式干燥机干燥后在连续式回转炉中控温550°C下煅烧4h，即得膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料。实施例ニ 取膨胀珍珠岩60kg，加水2000L，用盐酸调节pH值至2，搅拌分散并冷却至3°C后依次加入配制好的质量浓度为50%的四氯化钛溶液150L和浓度为200g/L的硫酸铵溶液360L ;搅拌反应并升温至60°C后加入氨水调节反应液pH值为4. 5，然后在60°C温度下陈化
2.Oh ;将反应产物过滤、经闪蒸式干燥机干燥后在连续式回转炉中控温600°C下煅烧4h，即得膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料。实施例三取膨胀珍珠岩60kg，加水1800L，用盐酸调节pH值至2，搅拌分散并冷却至4°C后依次加入配制好的质量浓度为50%的四氯化钛溶液124L和浓度为200g/L的硫酸铵溶液300L ;搅拌反应并升温至50°C后加入氨水调节反应液pH值为5. 0，然后在50°C温度下陈化
2.Oh ;将反应产物过滤、经闪蒸式干燥机干燥后在连续式回转炉中控温500°C下煅烧4h，即得膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料。表I为实施例所得产品的检测結果。
表I实施例样品的检测分析結果。
权利要求
1.一种膨胀珍珠岩负载纳米TiO2M合光催化材料的方法，其特征在于其制备エ艺步骤为 (1)膨胀珍珠岩浆液制备将膨胀珍珠岩加水搅拌制浆并加酸调至PH值为I.5 3. O,清水与膨胀珍珠岩的质量比=100 I 20; (2)纳米TiO2负载对步骤(I)所述浆液进行降温，待温度降至10°C以下后依次加入四氯化钛溶液和硫酸铵溶液进行反应；原、辅料质量比为膨胀珍珠岩四氯化钛硫酸铵=100 10 200 20 200 ； (3)反应液升温和陈化对步骤(2)所述反应液进行升温，待反应液温度升至20°C以上后加入稀氨水溶液调节反应液的pH值至4 9，并在20 80°C温度下陈化O. 5 4. Oh ; (4)将步骤(3)反应产物过滤、洗涤，干燥和煅烧，煅烧エ艺条件为煅烧温度300 .900°C，保温时间I 6h。
全文摘要
本发明涉及一种膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料的方法。将膨胀珍珠岩加水搅拌制浆，加酸调节pH值后对浆料降温，然后依次加入TiCl4溶液，硫酸铵溶液进行负载反应；负载反应完成后将反应液升至一定温度，然后加入稀氨水溶液调节溶液的pH值并陈化一定时间；最后将反应产物过滤、洗涤、干燥和煅烧，即得膨胀珍珠岩负载纳米TiO2复合光催化材料。这种复合材料在紫外光和可见光下均具有优良的光催化性能，紫外光下30分钟内可对罗丹明B溶液的光催化降解率达到90％以上；日光灯下，24h内对甲醛的降解去除率大于75％。
文档编号A62D3/17GK102698759SQ20121019753
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者卢芳慧, 宋兵, 郑水林 申请人:中国矿业大学(北京)