专利名称：：一种高效自响应钛催化剂及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种高效自响应钛催化剂及其制备方法。技术背景半导体二氧化钛光催化剂在紫外光照射下，生成强氧化剂0ff，OH—和H20分子氧化成OH自由基，而'OH自由基是一种强氧化剂，能氧化水和空气中大多数的低浓度有毒有害有机污染物及部分无机污染物，并将其最终降解为C02、H20等无害物质，从而它在自洁净、杀菌、空气净化、工业废水处理和自来水深度处理等环保领域中具有非常广泛的应用前景。然而，光催化技术要真正实现大规模工业化应用，成为改善环境和提高人们生活质量的一项新技术，在实际使用很多关键技术还须进一步取得突破。就目前的情况来说，光催化应用技术几乎都存在催化剂的催化活性和效率还不理想和采用外加紫外光光源获得能量激发源，从而导致反应器结构和使用环境受限制等技术难题。查新资料表明，迄今为止，国内外光催化相关产品在实际应用中，均需配备相应的光源以提供催化剂的能量激发源，高^自响应钛催化剂及其相关技术尚未见报道。发明的内容本发明的目的是提供一种高效自响应钛催化剂及其制备方法。它能有效解决光催化剂净化环境效率低和使用条件受限的关键技术难题，推进该技术在绿色环保领域的规模应用。本发明的技术方案一，中高效自响应钛催化剂，它包括二氧化钛类光催化刑、聚丙烯酸钠、聚氨酯、纯净水，其特征是还包括结构为UF3—Yb—Tm的红外一紫外发光粉，它们的重量比依次为110:1~2:12:70—90:1—8。聚丙烯酸钠为分散剂，聚氨酯为成膜剂。所述二氧化钛类光催化剂可选用二氧化钛、改性二氧化钛的一种或它们的结合。高效自响应钛催化剂可制备成块体、薄膜、桨料或液态形式备用。上述高效自响应钛催化剂的制备方法为粉体混合分散配制法将二氧化钛光催化剂、红外一紫外发光粉、聚丙烯酸钠和聚氨酯加到纯净水中，混和以100—200rpm搅拌l一5h，用高速分散机分散后，分级过滤，带丄得催化剂溶胶产品；或低温水热法取偏钛酸或硫酸氧钛等为原料，加纯净水，搅拌2h以上至充分混匀，期间加入红外一紫外发光粉，得浆料A;以喷雾形式向浆料A中缓慢均匀加入1M氨水溶液，调pH值为911，之后继续搅拌612h，得浆料B;将浆料B用纯净水反复压滤，直至SO,基本检测不出(以0.5mol/LBaCl2检验)，且其pH值为7—8，最终得沉淀C;将沉淀C稀释，搅拌lh至充分混匀，并缓慢加入10%HNO30.5~2L，加完后继续搅拌6h12h，之后加热到64土2'C，控温保持反应1030h，放料冷却，过滤纯化，制得催化剂溶胶产品。将水蒸发可得固体形态，使用时加水还原成液态。发明原理如下以灵敏的红外发光粉吸收周围环境中的微弱热能(或其它能量转化的热能，如电能)，储存并转变为红外线慢慢释放，紫外发光粉受到红外线激发发射紫外线，该紫外线激发光催化剂，使之产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形成电子空穴对，生成强氧化剂OH—，OH—和H20分子氧化成OH自由基，而OH自由基是一种强氧化剂，可将水和空气中大多数的低浓度有毒有害有机污染物最终分解为C02、H20等无害物质，从而实现自响应催化反应。其基本原理揭示(热、电或光)能量、红外线、紫外线、催化与能量转移等内在的化学反应全程变化规律。本发明的优点和积极效果二氧化钛类光催化剂与其激子一体合成，大大提高了催化活性和催化效率。由于应用环境中的微弱能量很容易获得，所以催化剂催化氧化自响应效果突出。且该催化剂可进行任意结构(粉体、薄膜、块体和其它)设计，无需配备能量源，使用条件不限，应用广泛。具体的实施方式下列实例是对本发明进一步的说明，不应该当作对本发明的限制。实施例1粉体合成法取平均粒径为9rnn的锐钛型纳米二氧化钛光催化剂2重量份，红外_紫外线发光粉(LaF,—Yb—Tm)1重量份，聚丙烯酸钠和聚氨酯各1重量份，加入纯净水90重量份，混和以150rpm搅拌3h,用高速分散机分散后，分级过滤，制得高效自响应钛催化剂溶胶。此溶胶在没有紫外光光源的情况下有较好的催化效果。实施例2取平均粒径为9nm的锐钛型纳米二氧化钛光催化剂5重量份，红外一紫外线发光粉(LaF3—Yb—Tm)3重量份，聚丙烯酸钠和聚氨酯各1重量份，加入纯净水90重量份，混和以150rpm搅拌3h，用高速分散机分散后，分级过滤，制得高效自响应钛催化剂溶胶。此溶胶在没有紫外光光源的情况下有较好的催化效果。实施例3取平均粒径为9nm的锐钛型纳米二氧化钛光催化剂6重量份，红外一紫外线发光粉(LaF:,—Yb—Tm)5重量份，聚丙烯酸钠和聚氨酯各1重量份，加入纯净水90.，混和以150rpm搅拌3h，用高速分散机分散后，分级过滤，制得高效自响应钛催化剂溶胶。此溶胶在没有紫外光光源的情况下有较好的催化效果。实施例4取平均粒径为9nm的锐钛型纳米二氧化钛光催化剂5重量份，红外一紫外线发光粉(LaF:,一Yb—Tm)2重量份，聚丙烯酸钠和聚氨酯各1重量份，纯净水90重量份，混和搅拌3h,用高速分散机分散后，分级过滤，制得高效自响应钛催化剂溶胶。此溶胶在没有紫外光光源的情况下有较好的催化效果。实施例5低温水热法取lKg偏钛酸(或硫酸氧钛)，力B20L纯净水，搅拌2h以上至充分混匀，期间加入红外一紫外线发光粉20g，得浆料A;以喷雾形式向浆料A中缓慢均匀加入1M的氨水溶液2L，加料时间控制在20min左右，调pH值为911，之后继续搅拌6~12h,得浆料B;将浆料B用纯净水反复压滤，直至SO^基本检测不出(以0.5mol/LBaCl2检验)，且其pH值接近中性(7—8左右)，最终得沉淀C;将沉淀C稀释至20L，搅拌lh至充分混匀，并缓慢加入10%HNO30.5-2L,加料时间为10min左右，加完后继续搅拌6h12h，之后加热到64士2'C，控温保持反应1030h左右，放料冷却，过滤纯化，制得高效自响应钛催化剂溶胶。包装后阴凉处保存。实施例6选用实施例5制得的高效自响应钛催化剂溶胶和一般二氧化钛光催化剂溶胶，进行自来水连续深度净化处理，效果对比见表l所示。结果可以看出，在其它条件相同的情况下，自响应催化剂在无光源条件下的自来水净化效果好于20W365nm紫外光照射下的二氧化钛光催化剂。'表1本发明与光催化自来水净化效果对比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求1.一种高效自响应钛催化剂，它包括二氧化钛类光催化剂、聚丙烯酸钠、聚氨酯、纯净水，其特征是还包括结构为LaF3-Yb-Tm的红外-紫外发光粉，它们的重量比依次为1～10∶1～2∶1～2∶70～90∶1-8。2.—种权利要求1中所述的高效自响应钛催化剂的制备方法，其特征是粉体混合分散配制法将二氧化钛光催化剂、红外一紫外线发光粉、聚丙烯酸钠和聚氨酯加到纯净水中，混和以100200rpm搅拌l~5h，用高速分散机分散后，分级过滤，制得催化剂溶胶产品；或低温水热法取偏钛酸或硫酸氧钛等为原料，加纯净水，搅拌2h以上至充分混匀，期间加入红外一紫外发光粉，得浆料A;以tf雾形式向浆料A中缓慢均匀加入1M氨水溶液，调pH值为911，之后继续搅拌612h，得桨料B;将浆料B用纯净水反复压滤，直至以0.5mol/LBaCl2检验S0/—基本检测不出，且其pH值为78，最终得沉淀C;将沉淀C稀释，搅拌lh至充分混匀，并缓慢加入10%朋030.52L,加完后继续搅拌6h12h，之后加热到64士2'C，控温保持反应1030h，放料冷却，过滤纯化，制得催化剂溶胶产品。3.根据权利要求1中所述的高效自响应钛催化剂，其特征是制备成块体、薄膜、浆料或液态形式备用。全文摘要本发明涉及一种高效自响应钛催化剂，它包括二氧化钛类光催化剂、聚丙烯酸钠、聚氨酯、纯净水，其特征是还包括结构为LaF<sub>3</sub>-Yb-Tm的红外-紫外发光粉，它们的重量比依次为1～10∶1～2∶1～2∶70-90∶1-8；它的制备方法包括粉体混合分散配制法和低温水热法；本发明的优点是二氧化钛类光催化剂与其激子一体合成，大大提高了催化活性和催化效率，由于应用环境中的微弱能量很容易获得，所以催化剂催化氧化自响应效果突出。文档编号C02F1/30GK101234793SQ200710028100公开日2008年8月6日申请日期2007年5月22日优先权日2007年5月22日发明者梅何申请人:梅何