光催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明为一种可回收型TiO2光催化剂的制备方法，目的在于提供一种可用于清洁污染水质且可回收利用的TiO2光催化剂。特征在于：1)以TiO2粉末为活性组分并配成浆液，以发泡陶瓷板为载体，采用喷雾涂覆的方法使TiO2活性组分浆液均匀涂覆于载体表面，再经焙烧处理后制得催化剂；2)在1)中所述的催化剂，其载体为一种20～30mm厚、表面均匀分布孔径为2～3mm开孔的发泡陶瓷板。该方法操作简单，所得到的TiO2催化剂具有高透光性，光催化性能优异，且便于回收、不易造成二次污染，是一种高效经济的光催化剂制备方法。
【专利说明】-种可回收型Ti〇2光催化剂的制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及光催化【技术领域】，具体为一种可回收型Ti〇2光催化剂的制备方法；提 供一种可用于净化水质、便于回收、可重复使用的Ti化光催化剂的制备方法。
【背景技术】：
[0002] 自1972年日本科学家本多化onda)和藤岛（pujishima)在n型半导体二氧化铁 电极上发现了水的光催化分解作用W来，Ti化作为光催化材料引起了越来越多的关注。Ti化 作为典型的过渡金属氧化物，具有无毒、价格低廉、化学性质稳定、光催化活性强等优异的 物理化学性能，在光催化裂解水、光降解污染物、太阳能电池和催化等很多领域都得到了深 入的研究和广泛的应用。德国Degussa公司生产的光催化剂产品P25是80%锐铁矿和20% 金红石的混合晶体，在紫外光区具有优良的光催化氧化活性，在各个领域都得到广泛的应 用。但由于其本身基本颗粒的平均粒径仅为21皿左右，若直接用于净化水质不仅难W分 离，而且与水体混合后形成一种乳白色的息浊液造成二次污染。
[0003] 通过溶胶-凝胶法制备Ti〇2薄膜并使其涂覆于玻璃或导电玻璃等载体表面形成 固定相催化剂可解决催化剂回收难的问题。但Ti化薄膜比表面积较小，单位面积薄膜上 Ti〇2担载量较低，降低了 Ti〇2的光催化性能，因此不适宜用于污水处理。通过将Ti〇2包覆在 磁性材料上制备出具有核壳结构的光催化剂在外加磁场的作用下也可实现催化剂与水体 的分离。Chen等在化emos地ere 2011，4:1159?1168上报到了一种W Ti〇2为壳，y-FegOg 为核，Si〇2为屏蔽剂的光催化剂（Ti〇2/Si〇2/y-Fe2〇3)在紫外光和可见光照射下可有效降 解燃料，在外力磁场作用下可实现与液体分离。Xu等在Appl.Catal.B 2007, 71:177?184 上报道了 W类似的方法制备了（Ti〇2_xNySi化/NiFe2〇4)催化剂具有较高的可见光光催化活 性，且在外力磁性作用下易于分离重新使用。但此类催化剂的制备工艺复杂，成本高，难W 实现工业化生产。因此目前急需一种回收方便且制备简单易于实现工业化生产的光催化 剂。
【发明内容】
：
[0004] 针对上述Ti〇2光催化剂回收难，制备工艺复杂等问题，本发明提供一种可回收型 Ti化光催化剂的制备方法。该制备方法简单，所需生产设备降低，成本低，适用于工业生产。
[0005] 本发明为一种可回收型Ti化光催化剂的制备方法，其特征在于：有W下工序：
[0006] 第一步，将Ti化粉末与粘结剂置于配浆罐中，加水配成浆液揽拌均匀；
[0007] 第二步，将揽拌均匀的Ti化浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面；
[0008] 第H步，对第二步中所制得涂有浆液的载体进行赔烧处理得到催化剂；
[0009] 所述Ti〇2粉末是一种晶相为锐铁矿相和金红石相混合相的Ti〇2粉末，其锐铁矿相 /金红石相约为80/20 ;
[0010] 所述载体为20?30mm厚、表面均匀分布孔径为2?3mm开孔的发泡陶瓷板；
[0011] 所述Ti化浆液中Ti化粉末占浆液质量百分数的20%?40% ;
[0012] 所述粘结剂为一种非晶态溶胶凝胶，在30(TC W上赔烧能够转变为锐铁矿相Ti〇2， 具体配方如下：
[001引将10血铁酸下醋与50血无水己醇均匀混合，形成A液；将40血无水己醇、1血水 和0. 3mL硝酸均匀混合，形成B液；在揽拌的情况下，将B液缓慢地加人到A液中，继续揽拌 30min，形成透明的溶胶；
[0014] 根据发泡陶瓷表面积的大小调剂Ti化浆液的用量，每1皿2发泡陶瓷表面均匀喷涂 10?20血Ti〇2浆液；
[0015] 所述赔烧处理，从室温W每小时6(TC?18(TC的升温速率升至赔烧温度，赔烧温 度为30(TC?50(TC，赔烧时间为4?10小时；所制备催化剂能够直接与水体分离易于回收 再利用。
[0016] 有益效果
[0017] (1)本发明的制备方法简单，所需生产设备简单，成本低，适于工业化生产；
[0018] (2)本发明所制得的Ti〇2光催化剂具有较强的光催化性能，而且由于Ti02是负载 于发泡陶瓷载体上，易于与水分离，便于回收。
【具体实施方式】：
[001引 实施例1
[0020] 第一步，将P25粉末（为德国Degussa公司生产的商用Ti〇2粉末，其锐铁矿相/金 红石相约为80/20)与粘结剂置于配浆罐中，配成浆液揽拌均匀，其中P25粉末占浆液质量 分数的20%。所述粘结剂配方制备如下：
[002。 将lOmL铁酸了醋与50mL无水己醇均匀混合，形成A液；将40mL无水己醇、1血水 和0. 3mL硝酸均匀混合，形成B液；在揽拌的情况下，将B液缓慢地加人到A液中，继续揽拌 30min，形成透明的溶胶。
[0022] 第二步，将揽拌均匀的P25浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面。根据发泡 陶瓷表面积的大小调节浆液的用量，每1cm 2发泡陶瓷表面均匀喷涂15mL浆液。
[0023] 第H步，将所制得的块体W l〇(TC /小时的速率升温至45(TC，在空气气氛中赔烧 5小时，制得催化剂。
[0024] W罗丹明B为降解物测试其光催化性能，实验操作如下：将Ig/L的罗丹明B水溶 液100ml倒入一 150血烧杯中。将催化剂裁剪成一 30mmX30mm的方形，用夹子固定使其 息垂于罗丹明B水溶液液面W下。浸泡2小时待其达到吸附饱和后，放置于40W紫外灯下 (10cm)照射，80min后测其对罗丹明B的降解率。随后将烧杯中的催化剂取出烘干，重复2 次此实验过程并测其对罗丹明B的降解率，结果如表1所示。
[00幼 实施例2
[0026] 第一步，将P25粉末与粘结剂置于配浆罐中，加水配成浆液揽拌均匀，其中P25粉 末占浆液质量分数的20%。
[0027] 第二步，将揽拌均匀的P25浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面。根据发泡 陶瓷表面积的大小调节浆液的用量，每1cm 2发泡陶瓷表面均匀喷涂lOmL浆液
[0028] 第H步，将所制得的块体W l〇(TC /小时的速率升温至45(TC，在空气气氛中赔烧 5小时，制得催化剂。
[0029] 按实施例1中所述方法测试催化剂对罗丹明B的降解率，结果如表1所示。
[0030] 实施例3
[0031] 第一步，将P25粉末与粘结剂置于配浆罐中，加水配成浆液揽拌均匀，其中P25粉 末占浆液质量分数的30 %。
[0032] 第二步，将揽拌均匀的P25浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面。根据发泡 陶瓷表面积的大小调节浆液的用量，每1cm 2发泡陶瓷表面均匀喷涂15mL浆液
[0033] 第H步，将所制得的块体W 10(TC /小时的速率升温至45(TC，在空气气氛中赔烧 5小时，制得催化剂。
[0034] 按实施例1中所述方法测试催化剂对罗丹明B的降解率，结果如表1所示。
[00对 实施例4
[0036] 第一步，将P25粉末与粘结剂置于配浆罐中，加水配成浆液揽拌均匀，其中粉末占 浆液质量分数的30%。
[0037] 第二步，将揽拌均匀的P25浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面。根据发泡 陶瓷表面积的大小调节浆液的用量，每1cm 2发泡陶瓷表面均匀喷涂20mL浆液
[0038] 第H步，将所制得的块体W 10(TC /小时的速率升温至45(TC，在空气气氛中赔烧 5小时，制得催化剂。
[0039] 按实施例1中所述方法测试催化剂对罗丹明B的降解率，结果如表1所示。
[0040] 实施例5
[0041] 第一步，将P25粉末与粘结剂置于配浆罐中，加水配成浆液揽拌均匀，其中P25粉 末占浆液质量分数的40 %。
[0042] 第二步，将揽拌均匀的P25浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面。根据发泡 陶瓷表面积的大小调节浆液的用量，每1cm 2发泡陶瓷表面均匀喷涂20mL浆液
[0043] 第H步，将所制得的块体W 10(TC /小时的速率升温至45(TC，在空气气氛中赔烧 5小时，制得催化剂。
[0044] 按实施例1中所述方法测试催化剂对罗丹明B的降解率，结果如表1所示。
[0045] 表 1
[0046]
【权利要求】
1. 一种可回收型Ti02光催化剂的制备方法，其特征在于：有以下工序： 第一步，将Ti02粉末与粘结剂置于配浆罐中，加水配成浆液搅拌均匀； 第二步，将搅拌均匀的Ti02浆液用喷枪均匀喷涂于发泡陶瓷载体表面； 第三步，对第二步中所制得涂有浆液的载体进行焙烧处理得到催化剂； 所述Ti02粉末是一种晶相为锐钛矿相和金红石相混合相的Ti02粉末，其锐钛矿相/金 红石相为80/20 ; 所述载体为20?30mm厚、表面均匀分布孔径为2?3mm开孔的发泡陶瓷板； 所述1102浆液中1102粉末占浆液质量百分数的20(%?40 (%; 所述粘结剂为一种非晶态溶胶凝胶，在300°C以上焙烧能够转变为锐钛矿相Ti02，具体 配方如下： 将10mL钛酸丁酯与50mL无水乙醇均勻混合，形成A液；将40mL无水乙醇、lmL水和 0. 3mL硝酸均匀混合，形成B液；在搅拌的情况下，将B液缓慢地加人到A液中，继续搅拌 30min，形成透明的溶胶； 根据发泡陶瓷表面积的大小调剂Ti02浆液的用量，每lcm2发泡陶瓷表面均匀喷涂 10 ?2〇mL Ti02 浆液； 所述焙烧处理，从室温以每小时60°C?180°C的升温速率升至焙烧温度，焙烧温度为 300°C?500°C，焙烧时间为4?10小时；所制备催化剂能够直接与水体分离易于回收再利 用。
【文档编号】B01J21/06GK104437448SQ201410645709
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】张学斌, 孙彦民, 曾贤君, 于海斌, 李晓云, 隋云乐, 郭铁琼, 李佳, 张利杰 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油天津化工研究设计院, 中海油能源发展股份有限公司