一种具有光催化活性气凝胶微球的制备方法与流程

本发明公开了一种新型气凝胶微球光催化剂，具体涉及一种具有光催化活性的气凝胶微球的制备方法，属于高分子气凝胶微球制备、光催化、化学化工领域。

背景技术：

气凝胶是指凝胶的网状结构中充满气体的多孔性非晶固体材料。气凝胶中的孔结构具有开孔性和相互连通性，气体或者液体可以在气凝胶的孔洞中自由进出，甚至可以进入具有催化活性的凝胶内部，且能贯穿整个凝胶网络。基于以上这些特性，气凝胶的吸附效率高于常用的吸附剂，其在吸附废水中的污染物方面有很大的潜力。另外气凝胶具有高孔隙率和高比表面积可作为催化剂的载体。气凝胶一般是由纳米级的骨架和微米级的穿透孔构成大尺寸的块体材料，结合它的低密度使得催化剂会漂浮于废水表面易于回收、利于循环使用。因此气凝胶可以作为催化剂或者催化剂的载体用于去除废水中的污染物。

黏土是一种资源丰富、价格低廉且具有许多优良物性的重要矿物原料。由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。以黏土矿物作为纳米氧化物的载体，一方面可以实现纳米氧化物光催化材料的固载，另一方面可以利用矿物的离子交换和吸附性能将废水中的有机物污染物有效地吸附至纳米氧化物的晶粒表面，增加催化剂与污染物的接触几率，提高光催化降解效率。

目前，已报道的气凝胶光催化剂制备方法多种，但是本发明所用的制备方法的优点在于：此方法具有反应条件温和、简单易行。所得的气凝胶微球明显改善氧化银的团聚现象，提高了光催化降解染料性能，且益于回收再循环利用，便于实际应用。

技术实现要素：

现有催化剂材料一般以粉末状形式存在，光催化降解染料废水中易分散，但很难回收，这会导致催化剂的流失，降低回收率同时会造成二次污染。本发明的目的在于将催化剂原位固载到水凝胶膜或气凝胶微球网络中。

本发明所述具有光催化活性的气凝胶微球的制备，其特征在于：利用黏土、海藻酸钠和银盐，通过注射法和离子交换法制备尺寸可调、网络结构可控和具有光催化活性的气凝胶微球，它可用于光催化降解废水中的染料，可作为一种新型的水处理剂。

本发明所述具有光催化活性的气凝胶微球的制备方法，具体步骤包括。

步骤一，通过搅拌的方法将黏土均匀分散于海藻酸钠溶液中。

步骤二，通过注射法将黏土-海藻酸钠混合溶液逐滴加入到银盐溶液中，形成水凝胶微球，然后蒸馏水反复冲洗数次，将未反应的银离子洗去。

步骤三，通过光还原和干燥将银基水凝胶转为氧化银基气凝胶微球。

所用干燥方法可选用超临界二氧化碳、真空干燥和冷冻干燥等方法。

本发明所选用黏土、海藻酸钠作为气凝胶微球的载体，用于固载氧化银光催化剂，具有以下优点。

1.黏土和海藻酸钠分别属于天然矿物和聚合物，制备的气凝胶微球光催化剂无毒、无污染，非常适合用于水处理。

2.海藻酸钠最大的特点是与阳离子交联形成宏观尺寸上的水凝胶微球。

3.黏土作为光催化剂的载体，不仅可以实现光催化材料的固载，而且可以吸附废水中的有机物污染物，增加催化剂与污染物的接触几率，提高光催化降解效率。

4.黏土有离子交换作用，可以调控气凝胶的孔结构。

（四）附图说明

图1为本发明第1实施例制备的氧化银/海藻酸钠-黏土气凝胶微球的扫描电镜图。

图2为本发明第1实施例制备的氧化银/海藻酸钠-黏土气凝胶微球光催化降解橙黄ii染料的动力学曲线图。

图3为本发明第1实施例制备的氧化银/海藻酸钠-黏土气凝胶微球光催化降解染料的循环使用图。

（四）具体实施方式

通过具体的实施例对本发明进行进一步详细描述：实施例1：1mg的锂藻土加入10ml1%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml1%（w/v）agno3溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例2：10mg的膨润土加入10ml3%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:膨润土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml4%（w/v）agclo4溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例3：20mg的锂藻土加入10ml5%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml7%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例4：30mg的硅藻土加入10ml7%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:硅藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml10%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例5：40mg的硅藻土加入10ml9%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:硅藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml13%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例6：50mg的锂藻土加入10ml11%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml16%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原30min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例7：60mg的锂藻土加入10ml13%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml19%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例8：70mg的锂藻土加入10ml15%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml21%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例9：80mg的锂藻土加入10ml15%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml24%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。

实施例10：100mg的锂藻土加入10ml15%（w/v）的海藻酸钠水溶液中，分别形成1:0、50:1、40:1和30:1（alg:锂藻土的不同质量比）的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1ml的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入10ml30%（w/v）agf溶液中。水凝胶微球迅速生成。取出水凝胶微球，用去离子水冲洗除去微球表面过量的ag⁺。最后经光还原60min和冷冻干燥形成气凝胶微球。