专利名称：一种杂多酸-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种杂多酸-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。
背景技术：
伴随着科技的进步和工业的不断发展，越来越多的污染物进入 环境，给人类的健康和生存造成了极大的危害。环境污染问题已经成 为我们所面临的最严峻的问题之一。光催化氧化技术能彻底地将有机
污染物转化分解为C02、 H20及其他小分子，在处理难生物降解的有
机污染物方面具有广阔的应用前景。半导体多相光催化高级氧化技 术，因其具有能耗低(可利用太阳光做能源，取之不尽)、反应条件 温和(不需要高温、高压等条件)、操作简便、使用安全、能使有机 污染物无选择性完全矿化和催化剂自身无毒无污染等突出特点而备
受瞩目。在众多的半导体光催化剂中，Ti02以带隙能适中、高光催化 活性、光稳定性和化学稳定性等优点而倍受人们的青睐，成为目前研 究最多的光催化剂，但也具有诸如光生电子和光生空穴容易复合、量 子产率低以及使用后分离困难、容易流失等问题，因此开发新型的高 效光催化剂或通过各种手段改善Ti02半导体的性能以提高光催化剂 的效率是当前光催化基础研究的焦点。近年来，Ti02光催化剂通过改 性如贵金属沉积、金属离子掺杂、二元或多元半导体复合等方法提高Ti02的光催化活性。杂多酸具有类似半导体氧化物能带结构，其光催 化性能得到广泛关注。如若将杂多酸直接加人到Ti02光催化反应体 系中，虽然能提高Ti02光催化活性，但杂多酸在该体系中以均相存 在，不利于催化剂的回收利用。如果将杂多酸直接负载在Ti02上， 在使用过程中杂多酸又容易脱落。
发明内容
本发明的目的是提供一种杂多酸-二氧化钛复合光催化剂及其 制备方法。
本发明采用的技术方案
一种杂多酸-二氧化钛复合光催化剂，即以有序介孔材料为载体， 将杂多酸和二氧化钛同时负载于有序介孔材料中制备复合光催化剂， 其中杂多酸在有序介孔材料中的负载量为0% 50%， 二氧化钛负载量 为0%~50%;负载量为负载物与载体的重量比。
其中杂多酸是磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸、锗钨酸、锗钼酸、磷钒 钩酸之一或几种复合；
二氧化钛前驱体为钛酸丁酯、钛酸异丙酯、钛酸乙酯、四氯化钛、 硝酸钛之一或几种复合；
有序介孔材料为MCM系列、SBA系列或HMS系列的介孔二氧 化硅，介孔材料的孔径在2~50nm之间。
杂多酸-二氧化钛复合光催化剂的制备步骤如下
(1)将杂多酸和二氧化钛前驱体溶于有机溶剂乙醇、异丙醇或丁醇中；
(2) 将有序介孔物质加入步骤(1)所述溶液中，在20 50KHz， 50~300W下超声20-60min，使粉体分散均匀；
(3) 在30。C 80。C下，50 150r/min，真空旋转蒸发0.5 3h去除 有机溶剂，当溶液蒸发完全，产物呈干燥状态，关闭旋转蒸发 仪；
(4) 在20 50KHz， 50-300W下超声使瓶壁上的产物自动脱落，收 集于培养皿中；
(5) 将步骤(4)中的收集物杂多酸-二氧化钛/介孔载体于110-150 'C烘箱中干燥6~12h，然后于空气气氛中于400 60(TC煅烧2~6h 即可获得杂多酸-二氧化钛复合光催化剂。
本发明的有益效果
以有序介孔物质为载体，将杂多酸和二氧化钛直接负载于介孔材 料中制备复合光催化剂，其稳定性高，且Ti02晶化程度好，具有较 高的光催化活性，不仅解决了杂多酸容易脱落的问题，而且便于回收。
具体实施例方式
以实施例对本发明具体说明，但并不限制本发明。 实施例l:
将0.025g磷钨酸和0.3lg钛酸丁酯溶于丁醇中，加入0.5g的 SBA-15粉体，在20kHz，200W条件下超声分散30分钟，使粉体分 散均匀；温度80。C，转速70r/min真空旋转蒸发去除丁醇，当产物全部粘在瓶壁上并且呈干燥状态，亦无丁醇滴出时，即可关闭旋转蒸发
仪；将梨形瓶超声，使瓶壁上的产物自动脱落，收集于培养皿中，将 Ti02-HPW/SBA-15于14(TC烘箱中干燥12个小时，空气气氛中高温 400'C煅烧3小时。
实施例2:
将0.075g磷钼酸和O.llg钛酸异丙酯溶于异丙醇中，加入0.5g的 MCM-41粉体，在20 kHz, 200 W条件下超声分散30分钟，使粉体分 散均匀；温度5(TC，转速70 r/min真空旋转蒸发去除异丙醇，当产 物全部粘在瓶壁上并且呈干燥状态，亦无异丙醇滴出时，即可关闭旋 转蒸发仪；将梨形瓶超声，使瓶壁上的产物自动脱落，收集于培养皿 中，将Ti02-HPMo/MCM-41于130'C干燥8个小时，空气气氛中600 'C高温煅烧5小时。
实施例3:
将0.05g磷钨酸和0.21g钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入0.5g的 SBA-15粉体，在20kHz，200W条件下超声分散30分钟，使粉体分 散均匀；温度4(TC,转速70r/min真空旋转蒸发去除乙醇，当产物全 部粘在瓶壁上并且呈干燥状态，亦无乙醇滴出时，即可关闭旋转蒸发 仪；将梨形瓶超声，使瓶壁上的产物自动脱落，收集于培养皿中，将 Ti02-HPW/SBA-15于12(TC烘箱中干燥6个小时，空气气氛中高温 50(TC煅烧3小时。 实施例4:
将0.075g硅钨酸和0.1059g钛酸乙酯溶于无水乙醇中，加入0.5g的HMS，在20kHz,200 W条件下超声分散30分钟，使粉体分散均 匀；温度4(TC，转速70r/min真空旋转蒸发去除乙醇，当产物全部粘 在瓶壁上并且呈干燥状态，亦无乙醇滴出时，即可关闭旋转蒸发仪； 将梨形瓶超声，使瓶壁上的产物自动脱落，收集于培养皿中，将 Ti02-HSiW/HMS于IIO'C烘箱中干燥过夜，空气气氛中45(TC高温煅 烧3小时。 实施例5:
将O.lg锗钨酸和0.2g硝酸钛溶于无水乙醇中，加入0.5g的 SBA-15，在20kHz, 200 W条件下超声分散30分钟，使粉体分散均 匀；温度40'C，转速70r/min真空旋转蒸发去除乙醇，当产物全部粘 在瓶壁上并且呈干燥状态，亦无乙醇滴出时，即可关闭旋转蒸发仪； 将梨形瓶超声，使瓶壁上的产物自动脱落，收集于培养皿中，将 Ti02-HGeW/ SBA15于ll(TC烘箱中干燥8个小时，空气气氛中450 "C高温煅烧3小时。
本发明实施例所得杂多酸-二氧化钛复合光催化剂的降解能力测
试
取0.05g样品催化剂(磷钨酸负载量10%， 二氧化钛负载量50%) 和50mL染料加入反应容器中，超声10分钟，使催化剂粉体在染料 中扩散，均匀分布。考察在紫外光下以甲基橙为染料的催化降解效果。 实验结果表明，降解效率可达到95%以上。
取0.05g样品催化剂(磷钨酸负载量0%， 二氧化钛负载量50%) 和50mL染料加入反应容器中，超声10分钟，使催化剂粉体在染料中扩散，均匀分布。考察在紫外光下以甲基橙为染料的催化降解效果。
实验结果表明，降解效率为35%。
取0.05g样品催化剂(磷钩酸负载量20%， 二氧化钛负载量0%) 和50mL染料加入反应容器中，超声10分钟，使催化剂粉体在染料 中扩散，均匀分布。考察在紫外光下以甲基橙为染料的催化降解效果。 实验结果表明，降解效率为5%。
通过以上降解性能试验进一步说明负载杂多酸-二氧化钛复合光 催化剂较负载单纯杂多酸或单纯二氧化钛具有更好的催化活性及降 解效率。
9
权利要求
1、一种杂多酸-二氧化钛复合光催化剂，其特征在于以有序介孔材料为载体，将杂多酸和二氧化钛同时负载于有序介孔材料中制备复合光催化剂，杂多酸在有序介孔材料中的负载量为0％～50％，二氧化钛负载量为0％～50％；其中杂多酸是磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸、锗钨酸、锗钼酸、磷钒钨酸之一或几种复合；二氧化钛前驱体为钛酸丁酯、钛酸异丙酯、钛酸乙酯、四氯化钛、硝酸钛之一或几种复合；有序介孔材料为MCM系列、SBA系列或HMS系列的介孔二氧化硅。
2、 如权利要求书1所述的杂多酸-二氧化钛复合光催化剂，其特征在 于所述的杂多酸在有序介孔材料中的负载量优选为5%~15%， 二氧 化钛负载量优选为40%~50%。
3、 如权利要求书1所述的杂多酸-二氧化钛复合光催化剂，其特征在 于所述的有序介孔材料的孔径在2~50nm之间。
4、 如权利要求书1所述的杂多酸-二氧化钛复合光催化剂，其特征在 于制备步骤如下(1) 将杂多酸和二氧化钕前驱体溶于有机溶剂乙醇、异丙醇或丁 醇中；(2) 将有序介孔物质加入步骤(1)所述溶液中，在20 50KHz，50-300W下超声20-60min，使粉体分散均匀；(3) 在30。C 80。C下，50 150r/min，真空旋转蒸发0.5 3h去除 有机溶剂，当溶液蒸发完全，产物呈干燥状态，关闭旋转蒸发 仪；(4) 在20~50KHz， 50-300W下超声使瓶壁上的产物自动脱落，收 集于培养皿中；(5) 将步骤(4)中的收集物杂多酸-二氧化钛/介孔载体于110-150 。C烘箱中干燥6~12h，然后于空气气氛中于400 600'C煅烧2~6h即可获得杂多酸-二氧化钛复合光催化剂。
全文摘要
本发明公开了一种杂多酸-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，即以有序介孔材料为载体，将杂多酸和二氧化钛同时负载于有序介孔材料中制备复合光催化剂，其中杂多酸在有序介孔材料中的负载量为0％～50％，二氧化钛负载量为0％～50％；其稳定性高，且TiO<sub>2</sub>晶化程度好，具有较高的光催化活性，不仅解决了杂多酸容易脱落的问题，而且便于回收。
文档编号B01J29/00GK101411991SQ200810203819
公开日2009年4月22日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者周化岚 申请人:上海理工大学