專利名稱：TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑用載體及其固載的光催化劑，確切地說是TiO2和ZnO光催化劑載體及其復(fù)合光催化劑。
背景技術(shù)：
光催化反應(yīng)條件溫和(常溫常壓)，可直接利用空氣中氧氣作為氧化劑，并利用太陽光或近紫外人工光源，對有機和無機污染物、細(xì)菌以及病毒等進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，達(dá)到治理環(huán)境的目的。因此，通過光催化反應(yīng)治理環(huán)境污染的應(yīng)用前景非常廣闊。
由于TiO2化學(xué)和光穩(wěn)定性、無毒以及廉價易得，所以成為進(jìn)行光催化技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的首選光催化劑。TiO2半導(dǎo)體的禁帶寬度約為3.2eV，當(dāng)能量大于其禁帶寬度的光子作用于TiO2時，TiO2半導(dǎo)體價帶上的電子吸收光能量躍遷至導(dǎo)帶，分別在價帶和導(dǎo)帶上產(chǎn)生了光生空穴和電子，這些光生載流子遷移到TiO2顆粒的表面并被表面物質(zhì)(如表面羥基、水、氧及污染物等)捕獲，通過生成反應(yīng)活性極強的中間產(chǎn)物如羥基自由基等引發(fā)一系列的氧化還原反應(yīng)，最終將污染物氧化成CO2、水和簡單的無機小分子，達(dá)到治理環(huán)境污染的目的。TiO2粒徑越小，光生載流子越容易在復(fù)合前遷移到TiO2顆粒的表面，引發(fā)污染物降解反應(yīng)，特別是當(dāng)TiO2顆粒的晶體小于10nm時，由于電荷載體的量子尺寸效應(yīng)，電子與空穴更易被高效捕獲，從而具有較高的光催化活性。
而ZnO與TiO2的帶隙相同(E＝3.2eV)，納米ZnO也具有光催化性能，且可以以太陽光為光源來降解有機污染物。
光催化降解過程是在紫外光激發(fā)下，在光催化劑表面發(fā)生污染物的氧化還原過程。因此一個有效的光催化反應(yīng)空間必須同時具備光、光催化劑和反應(yīng)物(污染物和氧氣)，三者缺一不可。光催化反應(yīng)的速度與光強的關(guān)系可定性地分為三種情形。當(dāng)光強很強時，光催化反應(yīng)速度與光強無關(guān)。當(dāng)光強處于中等強度時，光催化反應(yīng)速率與光強的平方根成正比。當(dāng)光強很弱時，光催化反應(yīng)速率與光強成正比，這時光的利用效率最高。
遺憾的是，粉末狀的光催化劑使用后難以與溶液分離和循環(huán)使用，因此納米光催化劑的固載化顯得特別重要，比如可以用浸潤法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法以及溶膠—凝膠法實現(xiàn)TiO2在固體表面上的固載。負(fù)載TiO2的過程中，載體的選擇影響著TiO2光催化劑的活性、均一性以及它的附載量。載體的結(jié)構(gòu)決定了光在體系中的傳遞過程和物質(zhì)(如污染物和O2等)傳遞到催化劑表面的傳質(zhì)過程。因此，各種新穎的載體例如不銹鋼、玻璃、石英、瓦片、紙等都被研究過。

發(fā)明內(nèi)容
近年發(fā)現(xiàn)的納米碳管具有獨特的結(jié)構(gòu)和性能，它是理想的催化劑載體。但納米碳管作為光催化劑載體還尚未見報道。
本發(fā)明選擇納米碳管作為光催化劑TiO2或ZnO的載體，同時提供一種由納米碳管及固載于其上的TiO2或ZnO光催化劑構(gòu)成的負(fù)載型復(fù)合光催化劑。這種復(fù)合催化劑達(dá)到了光傳播和反應(yīng)物傳質(zhì)的良好統(tǒng)一，可實現(xiàn)高效的光催化過程。
本發(fā)明使用溶膠—凝膠法將納米TiO2包覆在納米碳管表面構(gòu)成負(fù)載型復(fù)合光催化劑。1份(質(zhì)量)納米碳管固載2.8份納米TiO2。
本發(fā)明使用水合熱法將納米ZnO包覆在納米碳管表面構(gòu)成負(fù)載型復(fù)合光催化劑。1份(質(zhì)量)納米碳管固載2.4份ZnO。
取相同量(100mg)的同法制備的純TiO2和實施例1制備的TiO2/納米碳管復(fù)合材料進(jìn)行光降解反應(yīng)，對染料亞甲藍(lán)溶液(250ml濃度10mg/L)光降解不同時間后降解率比較如下表所示

本發(fā)明的負(fù)載型光催化劑優(yōu)點之一是，它解決了光催化劑使用過后處理的麻煩，而且能夠循環(huán)使用，催化效率仍然很高。
本發(fā)明的負(fù)載型光催化劑第二個優(yōu)點是，納米碳管具有大孔徑、高比表面積、對催化劑固載量多且對其活性影響小、耐沖擊性能好的優(yōu)點，故制得的復(fù)合光催化劑中TiO2量多，且此催化劑穩(wěn)定。
本發(fā)明的負(fù)載型光催化劑第三個優(yōu)點是，此復(fù)合光催化劑屬于納米級的。TiO2負(fù)載的平均直徑小于10nm，ZnO負(fù)載的平均直徑小于30nm，這樣可以大大提高其光催化活性，更好地引發(fā)污染物降解反應(yīng)。
本發(fā)明的負(fù)載型光催化劑第四個優(yōu)點是，這種復(fù)合催化劑的制備方法、制備裝置都很簡單，制備周期短，能被高效利用。
四

圖1為納米TiO2-CNT復(fù)合材料的透射電鏡(TEM)圖。
圖2為納米TiO2-CNT復(fù)合材料粉末X射線衍射(XRD)圖。
五具體實施例方式
下面是本發(fā)明非限定制備實施例，通過這些實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實施例1室溫下將1克納米碳管加入到劇烈攪拌的鈦酸正丁酯(cp)的乙醇溶液中，然后將乙醇的水溶液(pH用硝酸調(diào)到1)緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌1小時，其中鈦酸正丁酯、水、乙醇用量分別是3ml、6ml、40ml。將懸浮液在室溫下陳化1天，然后80℃左右烘干，在馬福爐中400℃灼燒90min生成TiO2/納米碳管復(fù)合光催化劑。
實施例2將多壁納米碳管放入濃HNO3(68％)中回流24h，冷卻后用水稀釋酸化了的碳管，并調(diào)節(jié)pH至7.0，然后過濾，用水洗滌，最后將此酸化的碳管放入恒溫烘箱中(100℃)干燥。用此酸化的碳管進(jìn)行與例1相同的方法，制備TiO2/納米碳管復(fù)合光催化劑。
實施例3將多壁納米碳管放入濃HNO3(68％)中回流24h，冷卻后用水稀釋酸化了的碳管，并調(diào)節(jié)pH至7.0，然后過濾，用水洗滌，最后將此酸化的碳管放入恒溫烘箱中(100℃)干燥。將酸化的碳管與飽和Zn(NO3)2溶液混合放入高壓反應(yīng)釜中，在100℃下反應(yīng)4小時后，取出混合物過濾，洗滌并在烘箱中低溫80℃干燥、研磨粉碎后放管式電阻爐中，在氬氣保護(hù)下鍛燒到500℃，并在此溫度下保持2h，生成了ZnO/納米碳管復(fù)合光催化劑。
權(quán)利要求
1.一種TiO2和ZnO光催化劑載體，其特征在于所述的載體為納米碳管。
2.一種TiO2復(fù)合光催化劑，其特征在于1份(質(zhì)量)納米碳管固載2.8份納米TiO2。
3.一種ZnO復(fù)合光催化劑，其特征在于1份(質(zhì)量)納米碳管固載2.4份納米ZnO。
全文摘要
一種TiO
文檔編號B01J21/06GK1618518SQ20041006488
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者魏先文, 徐靜, 徐志兵 申請人:安徽師范大學(xué)