專利名稱：硅藻土基多孔陶瓷及其負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅藻土無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅藻土基多孔陶瓷及其制備方 法，同時(shí)涉及一種硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，如今全球范圍內(nèi)的環(huán)境污染變得越來(lái)越嚴(yán)重，尤其 是室內(nèi)空氣的污染令人擔(dān)憂。各種有機(jī)裝修裝飾材料、家具、現(xiàn)代辦公用具和家用電器等， 不斷地釋放出如甲醛、苯、苯并芘和氨氣等致病致癌物質(zhì)，據(jù)檢測(cè)，室內(nèi)空氣污染的程度是 室外的5 20倍，而城鎮(zhèn)居民90%以上的時(shí)間是在室內(nèi)渡過(guò)的。因此，人們的身體健康乃 至生命，受到了前所未有的危害，致使人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，關(guān)注環(huán)境空氣質(zhì)量，就是關(guān)注健 康和生命。針對(duì)空氣污染，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了多種污染控制技術(shù)和方法用于室內(nèi)污染空氣的 凈化，如吸附、熱破壞、生物、負(fù)離子、光催化氧化、紫外光等或上述方法的綜合。但目前用于 室內(nèi)空氣污染控制的各種治理技術(shù)，都對(duì)室內(nèi)空氣中的一些污染物有著很好的去除效能， 又都有其自身的缺陷和局限性，如現(xiàn)有的負(fù)離子空氣凈化器只能“清新”空氣，不能分解有 害物質(zhì)；化學(xué)吸收法可達(dá)到較好的去除效果，但需要消耗大量化學(xué)試劑，成本高，且所使用 的某些試劑有一定的毒性；活性炭空氣凈化器雖然能夠吸附有機(jī)氣體，卻會(huì)受到飽和吸附 量的限制需要頻頻更換濾芯；光催化氧化處理應(yīng)用于污染空氣的凈化存在處理效率不高， 難于實(shí)用化等缺陷。就當(dāng)前空氣污染嚴(yán)重而凈化技術(shù)又比較落后的現(xiàn)狀，很有必要研究一 種符合空氣凈化特點(diǎn)的新型處理技術(shù)。將TiO2固定化或制成薄膜，既可解決粉體催化劑分離回收難的問(wèn)題，又克服了懸 浮相光催化劑穩(wěn)定性差和容易中毒等缺點(diǎn)，可極大地拓展TiO2的應(yīng)用范圍，是目前TiO2光 催化技術(shù)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向。目前用于負(fù)載納米TiO2的載體材料主要有活性炭、 分子篩、沸石、膨潤(rùn)土、玻璃、陶瓷、二氧化硅等。負(fù)載方法主要有溶膠-凝膠、液相沉淀、浸 漬、化學(xué)氣相沉積法等。但一方面沸石分子篩、活性碳等作為載體材料，生產(chǎn)成本較高，天 然沸石、膨潤(rùn)土、海泡石、玻璃等生產(chǎn)成本雖然較低，但這些載體的孔徑較小，負(fù)載光催化劑 組分后孔道大多被遮蓋，透光性較差，影響光催化劑效果的發(fā)揮；另一方面，溶膠-凝膠、 氣相沉積法等生產(chǎn)成本高，浸漬法、混合制劑法等又難以得到負(fù)載均勻、催化活性高的納米 Ti02。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硅藻土基多孔陶瓷及其制備方法，該多孔陶瓷的孔徑 較小。本發(fā)明的另一目的在于提供一種硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米TiO2的方法， 該方法制得的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷的過(guò)濾、光催化、殺菌的效果大大增加。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
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硅藻土基多孔陶瓷，由以下重量比的原料制成硅藻土 燒結(jié)助劑分散劑粘 結(jié)劑水=60 92 8 40 0.01 2 0. 001 1 100 450。所述燒結(jié)助劑為高嶺土、長(zhǎng)石、石英、碳酸鈣、滑石中的一種或多種；所述分散劑為 聚羧酸鈉、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸納中的一種；所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇 縮丁醛、羧甲基纖維素中的一種或多種。硅藻土基多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟按比例取各原料，將各原料混合， 研磨至D5tl = 0. 8 6μ ，烘干，打散，10 60MPa壓力下成型，900 1050°C煅燒2 4h即得。所述燒結(jié)助劑為高嶺土、長(zhǎng)石、石英、碳酸鈣、滑石中的一種或多種；所述分散劑為 聚羧酸鈉、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸納中的一種；所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇 縮丁醛、羧甲基纖維素中的一種或多種。硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，包括以下步驟(1)預(yù)處理， 將硅藻土基多孔陶瓷依次用水、乙醇清洗，干燥；(2)將預(yù)處理后的硅藻土基多孔陶瓷放入 容器中，加水使硅藻土基多孔陶瓷浸于水中，攪拌下滴入Ti (SO4)2水溶液與聚乙二醇的混 合液，攪拌下滴加HCl，調(diào)節(jié)pH值5 6. 3，攪拌5 IOmin，升溫至50 85°C反應(yīng)1 4h， 使Ti (SO4)2水解為細(xì)小的水合TiO2粒子并沉淀于硅藻土基多孔陶瓷的表面和孔道；(3)向 容器中加入AgNO3水溶液，避光、紫外線燈、50 85°C下反應(yīng)1 4h ； (4)將反應(yīng)過(guò)后的硅 藻土基多孔陶瓷取出，先用水清洗除去硫酸根離子，再用乙醇清洗，干燥、煅燒，即得Ag摻 雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷。所述硅藻土基多孔陶瓷、Ti (SO4)2、聚乙二醇、HCl與AgNO3的質(zhì)量比為100 1 30 0.003 1 0.5 20 0. 2 2。所述Ti (SO4)2水溶液的濃度為0. 2 lmol/L。所述AgNO3水溶液的濃度為0. 05 0. 2mol/L。所述干燥溫度為105 115°C，干燥時(shí)間為2 5h ；煅燒溫度為400 850°C，煅 燒時(shí)間為2 4h。本發(fā)明中的硅藻土基多孔陶瓷起吸附、過(guò)濾的作用，流體通過(guò)時(shí)可吸附其中的小 顆粒，其孔徑較小，是一種優(yōu)良的氣體過(guò)濾載體。本發(fā)明在硅藻土基多孔陶瓷上負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦后成為Ag摻雜TiO2/硅 藻土基多孔陶瓷，由于所用的硅藻土基多孔陶瓷利用硅藻土原始孔洞及骨料顆粒堆積的空 隙，制得的硅藻土基多孔陶瓷孔徑細(xì)小，成本低廉，并具有吸附性好、滲透性高和化學(xué)穩(wěn)定 性好等特性，可應(yīng)用于載體、分離、污水處理、石油化工等方面。TiO2光催化材料是當(dāng)前最有 應(yīng)用潛力的一種光催化劑，TiO2光催化技術(shù)在徹底降解污染物、利用太陽(yáng)能節(jié)約能源及維 持生態(tài)平衡等方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)。TiO2作為耐久的光催化劑已經(jīng)被應(yīng)用于處理諸多的 環(huán)境問(wèn)題，而且該處理過(guò)程不需要其他化學(xué)助劑，反應(yīng)條件溫和，最終產(chǎn)物通常只有CO2和 H2O,反應(yīng)比較徹底，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。而銀離子具有卓越的抗生及滅菌作用，同時(shí)銀 的加入可阻止光生電子-空穴的復(fù)合，使納米TiO2的光催化活性提高。在硅藻土基多孔陶 瓷上負(fù)載銀摻雜納米TiO2后的過(guò)濾、光催化、殺菌的效果大大增加，可以作為空氣凈化器的 芯體，對(duì)室內(nèi)空氣中的甲醛、苯、甲苯、細(xì)菌等都有很好的去除效果；再者Ag摻雜TiO2/硅藻 土基多孔陶瓷作為空氣凈化器芯體，納米TiO2可將吸附物分解，作為空氣凈化器芯體的重
4復(fù)使用性好，再生方便，且這種材料在加工、使用及使用壽命結(jié)束后對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)造成 污染。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的硅藻土基多孔陶瓷的孔徑分布圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷的XRD圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷剖面的TEM圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備的硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載納米TiO2材料與同類產(chǎn)品 在同等條件下凈化甲醛的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一硅藻土基多孔陶瓷，由以下重量的原料制成硅藻土 850g、高嶺土 100g、石英50g、 聚丙烯酸鈉10g、聚乙烯醇5g、水3500g。制備時(shí)按以上比例取各原料，將各原料混合、溶解，加入研磨機(jī)內(nèi)研磨至D5tl = 2口111，1101烘干311，打散，3510^壓力下成型，9501煅燒211即得硅藻土基多孔陶瓷。圖1 說(shuō)明制得的硅藻土基多孔陶瓷孔徑分布在100 350nm，孔徑細(xì)小均勻。硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，所用原料硅藻土基多孔陶 瓷、Ti (SO4)2、聚乙二醇、HCl 與 AgNO3 的質(zhì)量比為 100 1 0. 003 0. 5 0.2，制備時(shí) 包括以下步驟(1)將制得的硅藻土基多孔陶瓷依次用蒸餾水、無(wú)水乙醇中超聲波清洗，干 燥；(2)將干燥后的硅藻土基多孔陶瓷放入容器中，加水使硅藻土基多孔陶瓷浸于水中，攪 拌下滴入濃度為0. 2mol/L的Ti (SO4)2水溶液與聚乙二醇的混合液，攪拌下滴加HCl調(diào)節(jié) PH值6. 3，攪拌5min，升溫至50°C反應(yīng)4小時(shí)，使Ti (SO4)2水解為細(xì)小的水合TiO2粒子并 沉淀于硅藻土基多孔陶瓷的表面和孔道；⑶向容器中加入0. 05mol/L的AgNO3水溶液，避 光、紫外線燈、50°C下反應(yīng)4h ;(4)將反應(yīng)過(guò)后的硅藻土基多孔陶瓷取出先用水清洗除去硫 酸根離子，再用乙醇清洗，然后105°C干燥5h、400°C煅燒4h，即得Ag摻雜TiO2/硅藻土基多 孔陶瓷(負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的硅藻土基多孔陶瓷)。圖2說(shuō)明在載體上負(fù)載的納米 TiO2為銳鈦礦型；圖3說(shuō)明在硅藻土基多孔陶瓷表面積孔道負(fù)載的Ag摻雜TiO2晶粒大小 為IOnm左右，顆粒細(xì)小均勻。實(shí)施例二 硅藻土基多孔陶瓷，由以下重量的原料制成取硅藻土 920g、高嶺土 80g、聚丙烯 酸鈉20g、聚乙烯醇IOgdK 4500g。制備時(shí)按以上比例取各原料，將各原料混合、溶解，加入研磨機(jī)內(nèi)研磨至D5tl = 5 μ m, 110°C烘干3h，打散，35MPa壓力下成型，980°C煅燒3h即得硅藻土基多孔陶瓷。硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，所用原料硅藻土基多孔陶 瓷、Ti (SO4)2、聚乙二醇、HCl與AgNO3的質(zhì)量比為100 15 0. 5 2 1 ；制備時(shí)包括以 下步驟(1)將硅藻土基多孔陶瓷依次用蒸餾水、無(wú)水乙醇中超聲波清洗，干燥；(2)將干燥 后的硅藻土基多孔陶瓷放入容器中，加水使硅藻土基多孔陶瓷浸于水中，攪拌下滴入濃度 為0. 6mol/L的Ti (SO4)2水溶液與聚乙二醇的混合液，攪拌下滴加NH3 · H2O調(diào)節(jié)pH值5，攪拌8min，升溫至70°C反應(yīng)3小時(shí)，使Ti (SO4) 2水解為細(xì)小的水合TiO2粒子并沉淀于硅藻土 基多孔陶瓷的表面和孔道；⑶向容器中加入0. lmol/L的AgNO3水溶液，避光、紫外線燈、 70°C下反應(yīng)3h ;(4)將反應(yīng)過(guò)后的硅藻土基多孔陶瓷取出先用水清洗除去硫酸根離子，再 用乙醇清洗，然后110°C干燥4h、650°C煅燒3h，即得Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷。實(shí)施例三硅藻土基多孔陶瓷，由以下重量的原料制成取硅藻土 600g、高嶺土 200g、長(zhǎng)石 120g、碳酸鈣80g、聚丙烯酸鈉0. lg、聚乙烯醇0. Olg./jC 2000g。制備時(shí)按以上比例取各原料，將各原料混合、溶解，加入研磨機(jī)內(nèi)研磨至D5tl = 6 μ m, 110°C烘干3h，打散，35MPa壓力下成型，960°C煅燒4h即得硅藻土基多孔陶瓷。硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，所用原料硅藻土基多孔陶 瓷、Ti (SO4)2、聚乙二醇、HCl與AgNO3的質(zhì)量比為100 30 1 4 2 ；制備時(shí)包括以下 步驟(1)將硅藻土基多孔陶瓷依次用蒸餾水、無(wú)水乙醇中超聲波清洗，干燥；(2)將干燥后 的硅藻土基多孔陶瓷放入容器中，加水使硅藻土基多孔陶瓷浸于水中，攪拌下滴入濃度為 lmol/L的Ti (SO4)2水溶液與聚乙二醇的混合液，攪拌下滴加NH3 · H2O調(diào)節(jié)pH值6. 3，攪拌 IOmin,升溫至85°C反應(yīng)1小時(shí)，使Ti (SO4) 2水解為細(xì)小的水合TiO2粒子并沉淀于硅藻土基 多孔陶瓷的表面和孔道；(3)向容器中加入0. 2mol/L的AgNO3水溶液，避光、紫外線燈、85°C 下反應(yīng)Ih ； (4)將反應(yīng)過(guò)后的硅藻土基多孔陶瓷取出先用水清洗除去硫酸根離子，再用乙 醇清洗，然后115°C干燥2h、850°C煅燒2h，即得Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷。效果實(shí)驗(yàn)1將上述實(shí)施例1制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷作為空氣凈化器芯體，在 Im3環(huán)境艙內(nèi)，對(duì)芯體凈化室內(nèi)空氣的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)實(shí)施例1制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷作為實(shí)驗(yàn)組，納米TiO2/硅藻土 基多孔陶瓷作為對(duì)照組，分別裝于空氣凈化器內(nèi)，在相同的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)試，環(huán)境條件 為溫度20°C，相對(duì)溫度40%，甲醛初始濃度為0. 832mg/m3,紫外光源光強(qiáng)8W，波長(zhǎng)365nm。 凈化效果如表1表1實(shí)施例樣品的檢測(cè)分析結(jié)果
組別TiO2 晶 粒度 /nmTiO2薄層 厚度/nm空氣污染物去除效果甲醛去 除率/%苯、甲苯、二甲 苯、氨去除率/%金黃色葡萄球菌 去除率/%大腸桿菌去 除率，％對(duì)照組10.6100 25097.6>8093.9691.95實(shí)驗(yàn)組9.4100 30098.7>8598.6396.87由表1可以看出，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)組Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷作為芯體的凈化 器對(duì)室內(nèi)空氣的凈化效果較好，凈化效果明顯高于納米TiO2/硅藻土基多孔陶瓷。效果實(shí)驗(yàn)2將上述實(shí)施例3制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷作為空氣凈化器芯體，在 Im3環(huán)境艙內(nèi)，對(duì)芯體凈化室內(nèi)空氣的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)實(shí)施例3制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷作為實(shí)驗(yàn)組，負(fù)載TiO2的泡沫
鎳作為對(duì)照組，分別裝于空氣凈化器內(nèi)，在相同的環(huán)境條件下進(jìn)行甲醛去除測(cè)試，環(huán)境條件為溫度20°C，相對(duì)溫度40%，甲醛初始濃度為0. 832mg/m3,紫外光源光強(qiáng)8W，波長(zhǎng)365nm。 凈化效果如圖3所示，其中1為空白；2為負(fù)載TiO2的泡沫鎳(TiO2/泡沫鎳)；3為本發(fā)明 實(shí)施例3制備的負(fù)載銀摻雜納米TiO2的硅藻土基多孔陶瓷。 由圖4可以看出，實(shí)施例3制備的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷對(duì)甲醛的凈化 效果優(yōu)于TiO2/泡沫鎳，說(shuō)明本發(fā)明的Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷對(duì)甲醛的去除率高 于同類產(chǎn)品。
權(quán)利要求
硅藻土基多孔陶瓷，其特征在于由以下重量比的原料制成硅藻土∶燒結(jié)助劑∶分散劑∶粘結(jié)劑∶水＝60～92∶8～40∶0.01～2∶0.001～1∶100～450。
2.如權(quán)利要求1所述的硅藻土基多孔陶瓷，其特征在于所述燒結(jié)助劑為高嶺土、長(zhǎng) 石、石英、碳酸鈣、滑石中的一種或多種；所述分散劑為聚羧酸鈉、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸納 中的一種；所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛、羧甲基纖維素中的一種或 多種。
3.權(quán)利要求1所述硅藻土基多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟按比例取各原料，將 各原料混合，研磨至D5tl = 0. 8 6 μ m，烘干，打散，10 60MPa壓力下成型，900 1050°C 煅燒2 4h即得。
4.如權(quán)利要求3所述的硅藻土基多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)助劑為 高嶺土、長(zhǎng)石、石英、碳酸鈣、滑石中的一種或多種；所述分散劑為聚羧酸鈉、聚丙烯酸銨、聚 丙烯酸納中的一種；所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛、羧甲基纖維素中 的一種或多種。
5.硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)預(yù)處理，將硅藻土基多孔陶瓷依次用水、乙醇清洗，干燥；(2)將預(yù)處理后的硅藻土基多 孔陶瓷放入容器中，加水使硅藻土基多孔陶瓷浸于水中，攪拌下滴入Ti (SO4) 2水溶液與聚 乙二醇的混合液，攪拌下滴加HC1，調(diào)節(jié)pH值5 6. 3，攪拌5 lOmin，升溫至50 85°C 反應(yīng)1 4h，使Ti (SO4) 2水解為細(xì)小的水合TiO2粒子并沉淀于硅藻土基多孔陶瓷的表面和 ？L道；(3)向容器中加入AgNO3水溶液，避光、紫外線燈、50 85°C下反應(yīng)1 4h; (4)將反 應(yīng)過(guò)后的硅藻土基多孔陶瓷取出，先用水清洗除去硫酸根離子，再用乙醇清洗，干燥、煅燒， 即得Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷。
6.如權(quán)利要求5所述的硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征 在于所述硅藻土基多孔陶瓷、Ti (SO4)2、聚乙二醇、HCl與AgNO3的質(zhì)量比為100 1 30 0.003 1 0.5 20 0. 2 2。
7.如權(quán)利要求5所述的硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征在 于所述Ti (SO4)2水溶液的濃度為0. 2 lmol/L。
8.如權(quán)利要求5所述的硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征在 于所述AgNO3水溶液的濃度為0. 05 0. 2mol/L。
9.如權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)所述的硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的 方法，其特征在于所述干燥溫度為105 115°C，干燥時(shí)間為2 5h ；煅燒溫度為400 850°C，煅燒時(shí)間為2 4h。
全文摘要
本發(fā)明屬于硅藻土無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅藻土基多孔陶瓷及其制備方法，同時(shí)涉及一種硅藻土基多孔陶瓷負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦的方法；本發(fā)明的硅藻土基多孔陶瓷由以下重量比的原料制成硅藻土∶燒結(jié)助劑∶分散劑∶粘結(jié)劑∶水＝60～92∶8～40∶0.01～2∶0.001～1∶100～450。本發(fā)明中的硅藻土基多孔陶瓷起吸附、過(guò)濾的作用，流體通過(guò)時(shí)可吸附其中的小顆粒；本發(fā)明在硅藻土基多孔陶瓷上負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦后成為Ag摻雜TiO2/硅藻土基多孔陶瓷，所負(fù)載的納米TiO2為銳鈦礦型，比表面積大，硅藻土基多孔陶瓷上負(fù)載銀摻雜納米TiO2后的過(guò)濾、光催化、殺菌的效果大大增加。
文檔編號(hào)C04B38/00GK101891497SQ201010216099
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者鄭水林, 高如琴 申請(qǐng)人:華北水利水電學(xué)院