專利名稱：一種高效二氧化鈦-氧化硅光催化材料及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水中有色染料凈化領(lǐng)域，尤其是涉及一種高效二氧化鈦一氧 化硅復(fù)合光催化材料的合成方法。
背景技術(shù)：
目前隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類賴以生存的環(huán)境也遭到不同程度的 破壞，其中水環(huán)境的污染更是日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因水體污染而造成
的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)400億元，我國(guó)城市每年廢水總排放量約為415億噸，其中工業(yè) 廢水占70 %，而印染是工業(yè)中的排污大戶，占整個(gè)工業(yè)廢水總量的35 %左右， 約為145億噸。因此工業(yè)廢水的治理，直接關(guān)系著我國(guó)對(duì)水資源的合理、充分 利用，直接影響著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。染料廢水具有有機(jī)物含量高， 色度深，可生化性差等特點(diǎn)，屬于難處理廢水。特別是近年來(lái)所使用的染料更 加穩(wěn)定，可生化性的程度進(jìn)一步降低。目前，治理染料廢水的方法有物理吸 附法，化學(xué)氧化法，微生物處理法等。這些傳統(tǒng)方法存在著效率低，能耗高， 不能徹底分解污染物，易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。雖然在過(guò)去，現(xiàn)在甚至將來(lái)一 段時(shí)間內(nèi)都將是廢水處理的主導(dǎo)方法。但隨著水資源的不斷緊張和我國(guó)對(duì)污水 排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，新的污水處理技術(shù)必須并且不斷得到發(fā)展。其中，光催 化技術(shù)是一種新穎而有前途的方法，而目前關(guān)于這方面的研究主要集中在光催 化劑的研制。二氧化鈦光催化劑具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒環(huán)保，價(jià)格低廉等優(yōu) 點(diǎn)。但傳統(tǒng)合成方法獲得的二氧化鈦存在著三大缺點(diǎn) 一是二氧化鈦光催化劑 存在著比表面積不高，孔隙率小和孔徑分布不集中，這不利于廢水中染料大分 子在孔道中的吸附和傳質(zhì)過(guò)程。二是在較高濃度的廢水染料中，二氧化鈦光催化劑容易失活。三是二氧化鈦光催化劑必須在紫外光的激發(fā)下才能對(duì)廢水中的 染料進(jìn)行降解，而在可見光條件下的降解效率十分有限。為此，研究和開發(fā)高 效的具有可見光作用的光催化劑以降解染料尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種二元耦合多孔性納米二氧化鈦一氧化硅復(fù)合光催化材料 的方法。這種納米光催化材料合成簡(jiǎn)單，無(wú)需高溫后處理。對(duì)高濃度有機(jī)染料
具有很高的可見光降解活性，能將5X10'SM的羅丹明B在可見光條件下2.5 h 基本降解完畢。而且此材料便于固載化使用，可望應(yīng)用于有色染料的廢水處理， 具有良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明采用溶劑熱法合成納米二氧化鈦一氧化硅復(fù)合光催化材料，具體過(guò) 程如下室溫下，將油酸，環(huán)己垸和三乙胺三種溶劑混合形成透明溶液。在磁 力攪拌下緩慢滴加鈦酸四丁酯和硅酸四丁酯混合物(摩爾比可調(diào))，攪勻后向上 述溶液滴加甲胺溶液，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中。160-200 °C恒溫若干小時(shí)。反應(yīng)后， 冷卻至室溫，洗滌、干燥。
染料光降解實(shí)驗(yàn)以可見光降解羅丹明B為例，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下配制5X10—5M 的羅丹明B水溶液，加入復(fù)合光催化劑，得到的懸濁液置于暗處磁力攪拌不少 于0.5小時(shí)，以達(dá)到羅丹明B、溶解氧在催化劑表面的吸附脫附平衡。然后將懸 濁液置于一根300W的鹵光燈下面。每隔一定時(shí)間取樣，最后用紫外可見分光 光度計(jì)測(cè)量離心清液的吸收光譜。
我們通過(guò)以上方法制備的直徑約為25-40 nm、外表呈球形的聚集態(tài)納米二 氧化鈦一氧化硅多孔性光催化材料，該材料具有較高比表面(122 m2/g)，大孔 容(0.555 cm3/g)和合理的孔徑分布(15nm)，對(duì)有機(jī)染料具有很強(qiáng)的吸附能力 和可見光降解活性，2.5小時(shí)基本能將5X10'SM的羅丹明B降解完全。本發(fā)明的二氧化鈦-氧化硅多孔性光催化材料，通過(guò)精確控制制備條件來(lái)控
制二氧化鈦一氧化硅多孔性光催化材料的形成和晶化。相比于商業(yè)產(chǎn)品P-25， 本發(fā)明的多孔二氧化鈦-氧化硅復(fù)合光催化劑對(duì)羅丹明B的降解效果明顯優(yōu)越， 能在可見光作用下短時(shí)間內(nèi)(2.5小時(shí))達(dá)到最佳降解效果，降解率接近100 %， 降解后催化劑也沒有檢測(cè)到羅丹明B的殘余吸附。制備技術(shù)簡(jiǎn)單、設(shè)備要求不 高、成本低廉，而且此材料便于固載化使用，可望應(yīng)用于有色染料的廢水處理。


圖1為Ti02—Si02復(fù)合光催化劑的掃描電鏡(a)和透射電鏡(b)照片。
圖2為Ti02—Si02復(fù)合光催化劑的氮?dú)馕?脫附曲線，插圖為孔徑分布圖
圖3為Ti02—Si02復(fù)合光催化劑可見光降解羅丹明B的效率曲線(與P-25作比)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1:將50mL化學(xué)純的油酸與lOmL環(huán)己烷和10 mL三乙胺混合形成 透明溶液，在磁力攪拌下緩慢滴加3.5 mL化學(xué)純鈦酸四丁酯和硅酸四丁酯混合 物(體積比2.5: 1)，繼續(xù)攪勻10分鐘以后，溶液由黃色變?yōu)樽厣?，繼續(xù)滴加3 mL甲胺(30%)水溶液，攪拌均勻后裝入反應(yīng)釜中。160。C恒溫24小時(shí)，自 然冷卻至室溫，將產(chǎn)物洗滌數(shù)遍，自然烘干得淡黃色Ti02—Si02復(fù)合物。
實(shí)例2: 將50 mL化學(xué)純的油酸與10 mL環(huán)己烷和10 mL三乙胺混合形 成透明溶液，在磁力攪拌下緩慢滴加3.5 mL化學(xué)純的鈦酸四丁酯和硅酸四丁酯 混合物(體積比2.5: 1)，繼續(xù)攪勻IO分鐘以后，溶液由黃色變?yōu)樽厣?，繼續(xù) 滴加3mL甲胺(30%)水溶液，攪拌均勻后裝入反應(yīng)釜中。200。C恒溫24小 時(shí)，自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物洗滌數(shù)遍，離心，自然烘干得淡黃色Ti02/Si02復(fù) 合物。
實(shí)例3:染料的降解在自行設(shè)計(jì)的光催化反應(yīng)裝置上進(jìn)行的，以羅丹明B作為底物，在可見光照射下評(píng)價(jià)光催化劑的活性。羅丹明B水溶液的濃度為5xl0'5 M，在一個(gè)敞口的100mL的燒杯中80mL5Xl(rSM的羅丹明B水溶液，磁力攪拌 下向其中加入80mg光催化劑，將得到的懸濁液置于暗處磁力攪拌約5h，以達(dá)到 羅丹明B在催化劑表面的吸附脫附平衡。然后將懸濁液置于一根300 W的鹵光燈 下面。每15min取出4mL懸濁液置于離心管中用離心機(jī)離心分離(長(zhǎng)沙平凡儀 器，TG-n型離心分離器，9000rpm， 15min)，得到的澄清離心液。在Perkin Elmer UV WinLab Lambda 35紫外可見分光光度計(jì)上測(cè)得清液的紫外-可見吸收光譜 (掃描范圍400-700nm)。
權(quán)利要求
1、一種高效二氧化鈦-氧化硅復(fù)合光催化材料的合成方法，其特征在于將鈦酸酯和硅酸酯在油酸溶液形成配合物前驅(qū)體，利用甲胺的與前驅(qū)體在160-200℃的胺解作用聚合形成二氧化鈦/氧化硅復(fù)合物，反應(yīng)后，冷卻到室溫，洗滌、干燥。
2、 一種采用權(quán)利要求1的方法合成二氧化鈦一氧化硅復(fù)合光催化材料，該材料 直徑約為25-40nm、外表為球形的聚集體，比表面積為122 m2/g，孔容為0.555 cm3/g,平均孔徑為15nm。
全文摘要
一種高效二氧化鈦—氧化硅復(fù)合光催化材料及其合成方法，尤其涉及污水中有色染料凈化領(lǐng)域。將鈦酸酯和硅酸酯在油酸溶液形成配合物前驅(qū)體，利用甲胺與前驅(qū)體在160-200℃的胺解作用聚合形成二氧化鈦—氧化硅復(fù)合物，反應(yīng)后，冷卻到室溫，洗滌、干燥。該材料直徑約為25-40nm、由球形顆粒構(gòu)成的聚合體。比表面積為122m²/g，孔容為0.555cm³/g，平均孔徑為15nm。本催化材料具有高效的可見光凈化效果，能將在很短得時(shí)間內(nèi)(2.5小時(shí))將5×10^-5M的羅丹明B降解完全，降解后催化劑沒有檢測(cè)到羅丹明B的殘余吸附。
文檔編號(hào)B01J35/10GK101584983SQ20081007109
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者李廣社, 李莉萍, 許交興 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所