專利名稱：負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法。
(二)
背景技術：
Ti02光催化劑在水的純化、空氣凈化、消毒抗菌以及污水處理等領域中有著廣泛的研究和應用。Ti02是一種N型半導體型材料，其化學性質穩定，耐光腐蝕，具有較大的禁帶寬度、氧化還原電位高、光催化反應驅動力大、光催化活性高等優點，可使一些吸熱的化學反應在被光輻射的Ti02表面得到實現和加速，加之Ti02價廉、易得、無毒無害、成本低，故TiO,的光催化研究十分活躍。納米Ti02是目前研究和應用最廣泛的光催化劑。然而，納米Ti02光催化劑存在著易凝聚、難以回收、活性成分損失大等缺點，不利于催化劑的回收和再利用。另外，由于水中待處理的污染物濃度非常小，一般都為mg/L或更低，光催化降解時污染物與Ti02的接觸頻率低，致使反應速率較慢。活性炭負載型納米Ti02光催化劑則可以在一定程度上解決以上問題。
活性炭載體具有較強的吸附性，能將有機物富集在催化劑表面，可為Ti02提供高濃度的有機物環境而加快污染物光催化降解速率。同時，通過擴
散作用，被咴附的有機物向Ti02表面遷移，Ti02降解活fe炭表面的有機物又使載體實現了原位再生，這種協同相互作用進一步提高Ti02的光催化活性。
目前，制備負載型納米Ti02光催化劑的技術非常多，主要有粉體燒結法、溶膠一凝膠法、離子交換法、偶聯法、水解沉淀法、化學氣相沉積法
4等。
如中國發明專利CN1695797公開了一種活性炭負載二氧化鈦光催化劑 的制備方法，該方法采用的是金屬有機化學氣相沉積法，包括將活性炭 載體進行硝酸處理，通過惰性氣體將加熱的鈦前驅物載到盛有活性炭的石 英反應器中，將TiO,2沉積到活性炭表面，再在惰性氣體保護下舉燒。本發 明省略了傳統的Ti02催化劑制備方法中飽和、干燥、老化、還原等步驟， 制備工藝簡單，成本低、易于工業化。所制備的催化劑粒徑小，而且Ti02 主要沉積在活性炭的外表面，催化活性高，可重復使用，特別適合于有機 污染物的光催化降解。
中國發明專利CN101244383公開了一種用于制備活性炭負載二氧化鈦 光催化劑的方法。具體步驟為對活性炭進行預處理，洗滌，烘干；在冰 水浴條件下，將偏鈦酸與氨水按1: 2的摩爾比加入到30%的20-40ml雙氧 水中，攪拌50-70分鐘，得到黃綠色溶膠；將處理后的活性炭加入到黃綠 色溶膠中，攪拌3-5小時后，靜置12-24小時后將活性炭濾出，在惰性氣 體保護下煅燒，即得到所需產品；處理后的活性炭與偏鈦酸的質量比為1 : l-3: 1。本發明工藝簡單，原料廉價，制備條件溫和，操作簡便，得到負 載型光催化劑為顆粒狀，降解有機污染物效果好，易于分離、再生和延長 使用壽命。本發明不使用有機溶劑，在制備過程中不產生對環境有污染的 副產物，即整個生產過程幾乎無污染，符合可持續發展的要求，是一種環 保型綜合工藝。
中國發明專利CN1702202公開了一種含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖 維及其制備方法和用途。該活性炭纖維是由活性炭纖維材料負載上納米二 氧化鈦微粒而成，其中納米二氧化鈦微粒占總質量的5 25%。本發明采用 溶膠-凝膠法，先將Ti02的前驅體有機鈦化合物經水解生成Ti02溶膠，并沉積于活性炭纖維上，溶膠經干燥成為凝膠，再經熱處理轉化為納米TiOz微 粒復合在活性炭纖維的表面，制得含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖維。它 既保持了活性炭纖維的多孔性，又增強了二氧化鈦微粒光催化活性，可用 于低濃度揮發性有機污染物的去除，尤其適用于小空間中揮發性有機污染
物的吸附和分解。其對揮發性有機污染物的吸附容量可達500mg/g，對低濃 度揮發性有機污染物的光催化分解率可達到36%。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、成本低、催化效果 好、催化效果穩定的負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法。
一種負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，包括下述順序步驟
(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為1: 1 3;
(2) 將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3 4h， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 1 3;
(3) 過濾，不溶物干燥后在800 100(TC焙燒2 4h，即得到負載型納米 二氧化鈦催化劑；
(4) 將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1 2h，負載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的 重量比為1: 1 3;過濾，濾餅干燥后在800 1000。C焙燒2 4h;重復本 步驟3 10次即得到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。
進一步，所述的負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法包括下述順序
步驟
(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為l: 2;
(2) 將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3 4h，二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2;
(3) 過濾，不溶物干燥后在800 — 100(TC焙燒3h，即得到負載型納米二氧 化鈦催化劑；
(4) 將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1 2h，負載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的 重量比為1: 2;過濾，濾餅干燥后在800 100(TC焙燒3h;重復本步驟3 次即得到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。
在活性炭分子中石墨晶格的排列中，摻雜有羥基和羧基， 一旦稀有金 屬離子進入后，在石墨晶格層與層之間或每層的邊沿通過羥基和羧基進行 化學反應，從而激活了活性炭的催化活性。
在催化氧化反應中，那些僅通過吸附作用附著在活性炭表面化稀有金
屬離子很容易溶出。本發明的催化劑經過焙燒后，活性炭的強還原作用使
得稀有金屬離子以氧化物和單質形式鑲嵌到活性炭內空的表面上，因二氧
化鈦與活性炭形成了有機統一體，在常溫常壓反應時不足以破壞經高溫焙
燒而負載在活性炭的稀有金屬一活性炭結構，在反應過程中真正分散在活
性炭內空表面上的ft化活性物質不會輕易溶出，從而使得稀有金屬一活性
炭催化劑具有較高的穩定性。
本發明的制備方法工藝簡單、成本低，得到的負載型納米二氧化鈦催
化劑催化效果好使用時間長；催化效果穩定。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發明的技術方案做進一步地詳細描述，但本 發明的保護范圍并不限于此。
實施例1 負載型二氧化鈦催化劑的制備(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為l: 2;
(2) 將納米二氧化鈦(德國Degussa公司產P-25型)加入到步驟(1)的 分散溶液中，常溫下浸泡3.5h， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2;
(3) 過濾，不溶物干燥后在90(TC焙燒3h，即得到負載型納米二氧化鈦催
化劑； ，
(4) 將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1. 5h，負載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的
重量比為1: 2;過濾，濾餅干燥后在90(TC焙燒3h;重復本步驟3次即得
到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。
實施例2 負載型二氧化鈦催化劑的制備
(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為l: 2.5;
(2) 將納米二氧化鈦(德國Degussa公司產P-25型)加入到步驟(1)的 分散溶液中，常溫下浸泡3.5h， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2.5;
(3) 過濾，不溶物干燥后在95(TC焙燒4h，即得到負載型納米二氧化鈦催 化劑；
(4) 將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中 1. 5h，負載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的
重量比為1: 2;過濾，濾餅干燥后在900'C焙燒3h;重復本步驟4次即得
到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。 實施例3 產品物化性能測試
將實施例1所得負載型二氧化鈦催化劑進行下述測試 1.負載型二氧化鈦催化劑的光催化活性測試采用淺池構型光催化反應系統，在太陽光作用下，以甲基橙溶液的脫
色速率評價催化劑的光催化活性。實驗條件為實驗選用初始濃度為10ppm 的甲基橙溶液1000ml;太陽光平均光照強度13. 57W/m2 ;負載型催化劑用 量120克；溶液流速280-300ml/min; 5小時后甲基橙溶液色度去除可達 50%以上。
2. 負載型二氧化鈦催化劑的穩定性
將制備好的催化劑經蒸餾水浸泡72小時后，用紫外分光光度計在380nm 處檢測溶液中二氧化鈦含量。實驗結果證明，二氧化鈦溶出為總投加量的 1.484%。用不同的酸堿溶液(pH變化范圍從2到ll)分別浸泡負載型二氧化 鈦催化劑72小時后，二氧化鈦溶出為總投加量的1-2. 5%.使用過的負載型 二氧化鈦催化劑經蒸餾水沖洗21天(約500小時)后，再次測定其對甲基 橙溶液的脫色速率，沒有發現活性改變。負載型二氧化鈦催化劑在間歇操 作實驗中重復使用10次，每次5小時，合計30小時后，并未發現其活性 有所改變。
由上述實驗結果說明，用此方法制備的負載型二氧化鈦催化劑具有很 好的穩定性。
3. 表面物化性能表征
所得產品分別用XRD， SEM對其進行表征，可以看出，Ti02粒子比較均 勻的分布在活性炭表面，粒子成球型，有輕微團聚。
權利要求
1、一種負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，其特征在于包括下述順序步驟(1)配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為1∶1～3；(2)將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3～4h，二氧化鈦與活性炭的重量比為1∶1～3；(3)過濾，濾餅干燥后在800～1000℃焙燒2～4h，得到負載型納米二氧化鈦催化劑；(4)將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中1～2h，負載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的重量比為1∶1～3；過濾，濾餅干燥后在800～1000℃焙燒2～4h；重復本步驟3～10次即得到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。
2、 根據權利要求1所述的負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，其特征在于包括下述順序步驟(1) 配制顆粒活性炭在水中的分散溶液，活性炭與水的重量比為l: 2;(2) 將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡3 4h'， 二氧化鈦與活性炭的重量比為1: 2; '(3) 過濾，不溶物干燥后在800 — 100(TC焙燒3h，即得到負載型納米二氧化鈦催化劑；(4) 將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中1 2h，負載型納米二氧化鈦催化劑與水分散溶液中納米二氧化鈦的重量比為1: 2;過濾，濾餅干燥后在800 1000'C焙燒3h;重復本步驟3次即得到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。
全文摘要
本發明涉及一種負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法，包括下述順序步驟(1)配制顆粒活性炭在水中的分散溶液；(2)將納米二氧化鈦加入到步驟(1)的分散溶液中，常溫下浸泡；(3)過濾，不溶物干燥后焙燒，即得到負載型納米二氧化鈦催化劑；(4)將負載型納米二氧化鈦催化劑再浸泡到納米二氧化鈦的水分散溶液中；過濾，濾餅干燥后焙燒；重復本步驟3～10次即得到最終負載型納米二氧化鈦催化劑。本發明的制備方法工藝簡單、成本低，得到的負載型納米二氧化鈦催化劑催化效果好使用時間長、催化效果穩定。
文檔編號B01J37/00GK101670282SQ20091015337
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月19日 優先權日2009年10月19日
發明者陳杭飛 申請人:浙江博華環境技術工程有限公司