專利名稱：摻鐵TiO的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有可見光光催化性能的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑的制備方法。屬于利用太陽能的催化劑制備工藝技術領域。
背景技術：
TiO2由于具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、抗磨損性，無毒等特點而成為最具潛力的光催化劑，它在有毒害有機物污染物降解方面的應用引起業(yè)內(nèi)人士的廣泛關注。目前已有較多的TiO2薄膜和TiO2粉末作為光催化劑的報道。不過所制得的TiO2薄膜在使用過程中存在擔載量低等缺點，而TiO2粉末在光催化應用時又存在團聚失活以及分離與回收困難等問題，造成以TiO2為基礎的光催化方法難以大規(guī)模的商業(yè)化。因此TiO2光催化劑的固定化、負載化是TiO2光催化能否實用的決定性因素，制備出負載均勻、牢固的高活性的TiO2光催化劑是實現(xiàn)光催化劑產(chǎn)業(yè)化的關鍵問題?；钚蕴烤哂泻艽蟮谋缺砻娣e及發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)，它具有優(yōu)良的吸附特性(吸附的種類多，有利于低溫下進行吸附，且吸附的速度快)。因此活性炭作為載體能增加有效表面和提供合適的孔結(jié)構(gòu)，大大改善TiO2催化劑的活性及穩(wěn)定性。如中國發(fā)明專利申請“納米級二氧化鈦催化劑的制備及催化臭氧化水處理方法”(申請?zhí)?00510009814.2公開號CN 1695796A)、中國發(fā)明專利申請“含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖維及其制備方法和用途”(申請?zhí)?00510035311.2公開號CN 1702202A)、中國發(fā)明專利申請“活性炭負載二氧化鈦光催化劑的制備方法”(申請?zhí)?00510049369.2公開號CN 1695797A)等皆以活性炭作為載體來制備TiO2/活性炭復合催化劑。但是這些方法基本都是以有機鈦源來制備TiO2溶膠，然后與活性炭負載制備TiO2/活性炭復合催化劑。這些方法成本較高，且含有大量有機物，容易造成二次污染。而且上述負載活性炭的TiO2在應用時要求紫外光下的光催化，而紫外光在太陽中所占比例不足5％，具有太陽能的利用率低下等缺點。嚴重限制了TiO2對光能尤其是太陽能的利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于尋找一種工藝簡單、成本低廉、在可見光條件下具有光催化效果的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑的制備方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明一方面以廉價的無機鈦源工業(yè)硫酸氧鈦(TiOSO4)為原料，通過TiOSO4水解膠溶，制備TiO2溶膠。另一方面通過長期研究發(fā)現(xiàn)Fe2O3是一種窄帶隙的半導體，它在可見區(qū)具有很強的吸收。本發(fā)明在TiO2溶膠的制備過程中摻雜適量的鐵離子，然后再以活性炭作為載體來制備具有可見光光催化性能的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。該復合催化劑可使TiO2光催化降解空氣中的有機污染物劑所需光的波長從紫外光范圍拓展到可見光范圍，且易于回收再生，從而提高了TiO2光催化劑的光催化活性和使用效率。
具體的制備方法是按如下幾個步驟進行的第一步，摻鐵TiO2溶膠的制備硫酸氧鈦和氯化鐵按按摩爾比為FeCl3∶TiOSO4＝0.03～0.20∶1的比例稱取，置于燒杯中，攪拌下使其溶于水，得到0.1mol·L-1～0.3mol·L-1的含F(xiàn)e3+的硫酸氧鈦溶液，再在攪拌下滴加7％的氨水使其水解，直到溶液pH值為6～8，含F(xiàn)e3+的硫酸氧鈦溶液首先水解形成摻鐵偏鈦酸，然后進一步反應生成摻鐵TiO2沉淀。多次洗滌沉淀物，直至洗滌液中沒有SO42-離子檢出為止(以1mol·L-1的BaCl2溶液檢驗)。在洗滌后的摻鐵TiO2沉淀中加入1.6mol·L-1硝酸溶液和去離子水，加入的量為TiO2∶HNO3∶H2O＝2∶1∶40～400(摩爾比)，在60℃～80℃下攪拌8～15h即可得到穩(wěn)定的摻鐵TiO2溶膠。
第二步，摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑的制備TiO2與活性炭按質(zhì)量比為TiO2∶活性炭＝0.05～0.20∶1的比例將制得的摻鐵TiO2溶膠與顆粒狀活性炭混合均勻，浸漬3～12h后，在50℃～90℃烘箱中干燥8～15h，即可得到摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。
所述的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑使用失效后可以再生，再生方法如下先將使用后的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑從過濾器中取出，在50℃～90℃烘箱中干燥3～6h。再放在晴朗的太陽光下光照3～9h以除去水分和有機物雜質(zhì)，即可使催化劑再生。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1.本發(fā)明選用市售的TiOSO4為原料，原料來源廣泛，與使用鈦酸丁酯或其它有機鈦源制備鈦溶膠相比價格更為低廉，產(chǎn)品成本明顯降低，且避免了使用有機鈦源所產(chǎn)生的大量有機物造成的二次污染。
2.本發(fā)明在制備TiO2溶膠過程中摻入了FeCl3，使TiO2光催化降解空氣中有機污染物劑所需光的波長從紫外光范圍拓展到可見光范圍，大大提高了TiO2作為光催化劑的對光能尤其是太陽能的利用率。
3.本發(fā)明以活性炭作為載體增加了光催化劑的比表面積和提供合適的孔結(jié)構(gòu)，提高了光催化劑對有機污染物的吸附能力，進一步提高了TiO2/活性炭光催化劑的活性及穩(wěn)定性。
4.本發(fā)明制備的負載型TiO2光催化劑使用后在烘箱中干燥后再放在太陽光下光照以除去水分和有機物雜質(zhì)后可使催化劑再生，且可再生多次，大大提高了TiO2作為光催化劑的使用效率。
5.本發(fā)明制備的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑工藝簡單，設備要求低，所得負載型TiO2光催化劑光催化性能優(yōu)良，且克服了TiO2薄膜和TiO2粉末在使用過程中存在擔載量低，或容易團聚失活以及分離與回收困難等缺點，具有良好的商業(yè)化應用前景。
具體實施例方式
實施例1稱取16g 98％的TiOSO4和0.5g氯化鐵(FeCl3與TiOSO4的摩爾比為0.03∶1)加入到500mL去離子水中，攪拌使其完全溶解。攪拌下滴加7％的氨水(質(zhì)量分數(shù))，直到溶液pH值為7～8。此時，硫酸氧鈦先水解形成偏鈦酸，再進一步反應生成TiO2沉淀。用去離子水充分洗滌所得沉淀物，直至洗滌液中沒有SO42-離子檢出為止。在洗滌后的沉淀物中加入70mL的去離子水分散，然后加入31mL1.6mol·L-1的硝酸，在60℃下攪拌15h即可得到摻鐵TiO2溶膠。所得TiO2溶膠的濃度約為1.0mol·L-1。
TiO2與活性炭按質(zhì)量比為TiO2∶活性炭＝0.05∶1的比例量取后，將制得的摻鐵TiO2溶膠與顆粒狀活性炭混合均勻，浸漬3h后，在50℃烘箱中干燥15h，即可得到摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。
摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑在室內(nèi)對空氣污染物進行光催化降解反應3h后取出，在50℃烘箱中干燥6h。再放在晴朗的太陽光下(氣溫為30℃)光照4h以除去水分和有機物雜質(zhì)，可使催化劑再生。
實施例2稱取16g 98％的TiOSO4和0.8g氯化鐵(FeCl3與TiOSO4的摩爾比為0.05∶1)加入到500mL去離子水中，攪拌使其完全溶解。攪拌下滴加7％的氨水(質(zhì)量分數(shù))，直到溶液pH值為7～8。此時，硫酸氧鈦先水解形成偏鈦酸，再進一步反應生成TiO2沉淀。用去離子水充分洗滌所得沉淀物，直至洗滌液中沒有SO42-離子檢出為止。在洗滌后的沉淀物中加入70mL的去離子水分散，然后加入31mL濃度為1.6mol·L-1的硝酸，在70℃下攪拌12h即可得到摻鐵TiO2溶膠。所得TiO2溶膠的濃度約為1.0mol·L-1。
TiO2與活性炭按質(zhì)量比為TiO2∶活性炭＝0.10∶1的比例將制得的摻鐵TiO2溶膠與顆粒狀活性炭混合均勻，浸漬4h后，在60℃烘箱中干燥12h，即可得到摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。
摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑在室內(nèi)對空氣污染物進行光催化降解反應3h后取出，在60℃烘箱中干燥5h。再放在晴朗的太陽光下(氣溫為35℃)光照3h以除去水分和有機物雜質(zhì)，可使催化劑再生。
實施例3稱取12g 98％的TiOSO4和1.2g氯化鐵(FeCl3與TiOSO4的摩爾比為0.10∶1)溶解于375mL蒸餾水中形成0.2mol·L-1的溶液，再滴加7％的氨水(質(zhì)量分數(shù))至溶液的pH值為6～7，獲得TiO2沉淀，分別抽濾洗滌不同次數(shù)后，將所得純凈的TiO2沉淀溶解于250mL去離子水中，然后加入1.6mol·L-1的硝酸溶液24mL，在70℃恒溫條件下，以相同速率攪拌進行膠溶，在70℃下攪拌12h即可得到摻鐵TiO2溶膠。所得TiO2溶膠的濃度約為0.3mol·L-1。
TiO2與活性炭按質(zhì)量比為TiO2∶活性炭＝0.15∶1的比例將制得的摻鐵TiO2溶膠與顆粒狀活性炭混合均勻，浸漬5h后，在80℃烘箱中干燥10h，即可得到摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。
摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑在室內(nèi)對空氣污染物進行光催化降解反應3h后取出，在80℃烘箱中干燥4h。再放在晴朗的太陽光下(氣溫為25℃)光照6h以除去水分和有機物雜質(zhì)，可使催化劑再生。
實施例4稱取12g 98％的TiOSO4和2.5g氯化鐵(FeCl3與TiOSO4的摩爾比為0.20∶1)溶解于375mL蒸餾水中形成0.2mol·L-1的溶液，再滴加7％的氨水(質(zhì)量分數(shù))至溶液的pH值為6～7，獲得TiO2沉淀，分別抽濾洗滌不同次數(shù)后，將所得純凈的TiO2沉淀溶解于250mL去離子水中，然后加入1.6mol·L-1的硝酸溶液24mL，在70℃恒溫條件下，以相同速率攪拌進行膠溶，在80℃下攪拌8h即可得到摻鐵TiO2溶膠。所得TiO2溶膠的濃度約為0.3mol·L-1。
TiO2與活性炭按質(zhì)量比為TiO2∶活性炭＝0.20∶1的比例將制得的摻鐵TiO2溶膠與顆粒狀活性炭混合均勻，浸漬8h后，在90℃烘箱中干燥8h，即可得到摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。
摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑在室內(nèi)對空氣污染物進行光催化降解反應3h后取出，在90℃烘箱中干燥3h。再放在晴朗的太陽光下(氣溫為20℃)光照9h以除去水分和有機物雜質(zhì)，可使催化劑再生。
權(quán)利要求
1.摻鐵TiO2/活性炭復合可見光催化劑的制備方法，其特征在于第一步，摻鐵TiO2溶膠的制備先按FeCl3∶TiOSO4＝0.03～0.20∶1摩爾比量取后溶于水，制得0.1～0.3mol.L-1的含F(xiàn)e3+的硫酸氧鈦溶液，再在攪拌下滴加7％的氨水使其水解，直到溶液pH值為6～8，含F(xiàn)e3+的硫酸氧鈦溶液首先水解形成摻鐵偏鈦酸，然后進一步反應生成摻鐵TiO2沉淀；洗滌沉淀物，直至洗滌液中沒有SO42-離子檢出為止；在洗滌后的摻鐵TiO2沉淀中加入1.6mol·L-1硝酸溶液和去離子水，加入的量為TiO2∶HNO3∶H2O＝2∶1∶40～400摩爾比，加入后在60～80℃下攪拌8～15h，得到穩(wěn)定的摻鐵TiO2溶膠；第二步，摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑的制備TiO2與活性炭按質(zhì)量比為TiO2∶活性炭＝0.05～0.20∶1的比例量取后將制得的摻鐵TiO2溶膠與顆粒狀活性炭混合均勻，浸漬3～12h后，在50℃～90℃烘箱中干燥8～15h，得到本發(fā)明的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鐵TiO2/活性炭復合可見光催化劑的制備方法，其特征在于所述的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑在使用后按照如下方法進行再生先將使用后的摻鐵TiO2/活性炭復合催化劑取出，在50℃～90℃烘箱中干燥3～9h；再放在晴朗的太陽光下光照3～9h以除去水分和有機物雜質(zhì)。
全文摘要
摻鐵TiO
文檔編號B01J23/745GK1899686SQ20061002928
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者甘禮華, 劉明賢, 張霄英, 陳龍武 申請人:同濟大學