一种二氧化钛固体光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种催化剂，特别涉及一种二氧化钛固体光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]以纳米二氧化钛为催化剂的光催化技术作为一种有前景的污水处理技术，具有处理速度快，可降解的有机污染物范围广，设备简单，操作方便，同时无二次污染等特点，引起各国的重视，纷纷研制新型有效的二氧化钛光催化剂，如德国的P25、日本的SSP25。本专利申请人在博士期间已经合成出在紫外光以及可见光照射下，催化能力均优于德国P25的二氧化钛粉末。然而纳米二氧化钛目前处于实验室研究阶段，实用化应用并未大规模展开。原因有两点:首先，光催化效率较低。二氧化钛颗粒的大小、比表面积和分散性是影响其催化效率的关键因素。研究发现，颗粒越小，比表面积越大，催化效果越好。已有研究结果显示:高度分散的纳米二氧化钛催化剂比大粒径的粉末二氧化钛表现出更高的光催化活性。但是二氧化钛粉体吸水性强，特别是回收后二次使用时容易团聚，从而降低光催化性能，使得单位质量的二氧化钛利用率低。其次，对于广泛使用的悬浮水体系而言，纳米二氧化钛粉体还存在沉降困难，回收难度大。虽然已经有各种催化剂固载化的方法，如将光催化剂负载在玻璃片、玻璃纤维金属网等载体上，解决了分离难题，但使用效率低。目前出现了一种比较受欢迎的固载方法，即将纳米二氧化钛固定在大颗粒粉体上，这样即对纳米二氧化钛的活性影响较小，又可利用载体较好的沉降性减小催化剂在废水处理中的损失，解决催化剂的回收重复利用难题。HellerCJ.Phys.Chem.，1996，96(8):3423-3428)制成负载在中空玻璃球上的固定型纳米二氧化钛光催化剂，能飘浮与水面来降解水面石油污染，并完成了中等规模的室外实验。但该制备方法工艺复杂，成本高，催化活性较低。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有二氧化钛光催化剂回收困难、制备工艺复杂、难于产业化的技术问题，提供一种高光催化活性、方便回收、可长期使用、制造工艺简单、成本低廉且易于产业化的二氧化钛固体光催化剂及其制备方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0005]一种二氧化钛固体光催化剂，该催化剂包括二氧化钛成分，粒径分布为Imm?50000mmo
[0006]在上述技术方案中，该催化剂的成分还包括黏土、高岭土、娃藻土、淀粉或纤维素。
[0007]—种二氧化钛固体光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)将二氧化钛制成粘度的糊状物；
[0009](2)将所得到的粘度的糊状物干燥，待完全干燥后进行高温煅烧，煅烧温度为300?2000°C，煅烧时间I?48小时，即可得到二氧化钛固体光催化剂。
[0010]在上述技术方案中，步骤⑴中还可以加入黏土、高岭土、硅藻土、淀粉或纤维素成分。
[0011]在上述技术方案中，步骤(I)中所述的粘度的糊状物根据需要制成球形、立方形、长方形、片状、棒状或中空容器的固体形状。
[0012]在上述技术方案中，煅烧温度为600?800°C，煅烧时间3?5小时。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]本发明提供的二氧化钛固体光催化剂，该催化剂结实耐用，不溶于水，也不分散到水中，能以其原有的形状长时间浸泡到水中进行污染物的降解，方便更换以及重复使用，回收的光催化剂可重复使用4?5次；可以制备成任何需要的形状，方便使用；可以直接以太阳光为光源，无需外加助剂，也无需消耗其他能源即可完全降解有机污染物，催化活性高，使用寿命长。
[0015]本发明提供的二氧化钛固体光催化剂的制备方法，是使用高温煅烧工艺，将二氧化钛粉末烧制成可长期重复利用的固体光催化剂。创新性就在于从未有人通过煅烧的方法将二氧化钛复合材料做成固体。该制备方法简化了固体二氧化钛光催化剂的生产工艺，设备简单、成本低易于规模化生产，使之能够方便的应用于大到工业污水处理、湖泊河流的污水处理、小到家庭生活用水处理、鱼缸、游泳池等体系水的净化。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0017]图1为本发明制备的不同粒径的二氧化钛固体光催化剂结构示意图;从图1的左边起分别为实施例2制备的粒径为2mm的球状二氧化钛固体光催化剂，实施例1制备的粒径为5mm的球状二氧化钛固体光催化剂和实施例3制备的粒径为1mm的球状二氧化钛固体光催化剂。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0019]本发明提供的一种二氧化钛固体光催化剂的制备方法，所用的二氧化钛粉末可市售得到，包含二氧化硅、氧化铝、少量氧化镁、碳酸钙以及三氧化二铁等成分的黏土、高岭土和硅藻土可市售得到。
[0020]具体制备过程如下:
[0021](I)将二氧化钛与黏土、高岭土、硅藻土、淀粉或纤维素等混合(二氧化钛质量含量在1%到100%之间)，加入适量水或者氢氧化钠溶液浸泡，形成具有一定粘度的糊状物，然后制成需要的形状，如球形、立方形、长方形、片状、棒状或中空容器的固体形状，固体物粒径分布在Imm到50000mm之间，然后将制得的催化剂干燥，可以通过晾干、风干等手段干燥。
[0022](2)将完全干燥的催化剂进行高温煅烧，煅烧温度为300?2000°C，煅烧时间I?48小时，即可得到二氧化钛固体光催化剂。优选煅烧温度为600?800°C，煅烧时间3?5小时。
[0023]采用本发明得到的二氧化钛固体光催化剂，形状大小可以自由控制。该催化剂可以直接在日光照射下对含有有机物的污染物罗丹明B进行完全降解。
[0024]对本发明提供的催化剂的活性可用以下方法测试:
[0025]二氧化钛固体光催化剂在溶液中对于有机物分解的光催化活性实验在常温光照下进行。准确称量5g 二氧化钛固体光催化剂，然后放入10mL浓度为20mg/L的有机污染物(以罗丹明B为例)的水溶液中，使用125w飞利浦金属卤灯照射一定时间后，对降解结果进行分析。
[0026]实施例1 二氧化钛质量比含量83%
[0027]1、用3mol/L的氢氧化钠浸泡过