專利名稱：一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活性炭處理和活性炭(AC)負(fù)載納米TiO2制備Ti02/AC光催化劑。
背景技術(shù)：
以光、電等方法催化降解去除毒有害物質(zhì)，是典型的污染物低碳處理過程。納米TiO2利用光照催化降解有毒有害物質(zhì)，具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、對(duì)有機(jī)物的降解可徹底礦化、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是目前被公認(rèn)的最佳光催化劑。由于TiO2顆粒太小，在應(yīng)用中回收困難，因此以載體負(fù)載，其中，以活性炭(AC)負(fù)載(構(gòu)成Ti02/AC催化劑體系)既可以回收，又具有催化協(xié)同效應(yīng)，是目前最具實(shí)用的光催化劑體系。TiO2AC催化劑的光催化活性的高低對(duì)其應(yīng)用效率具有十分重要的作用其催化 活性越高，則效率越高，催化劑用量越少或單位體積的處理容器效率越高。目前，提高TiO2/AC催化劑的方法主要有TiO2的摻雜(甘禮華，劉明賢，張霄英，陳龍武.摻鐵TiO2-活性炭復(fù)合材料的制備及其光催化活性.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，36(4):538-542;劉暢，暴寧鐘，楊祝紅，陸小華.催化學(xué)報(bào)，2001，22(2) : 215-218 ;魯飛，孟凡明.TiO2光催化劑摻雜改性研究進(jìn)展，硅酸鹽通報(bào)，2011，30(1) : 119-124)、催化劑載體的選擇(黃正宏，許德平，康飛宇，郝吉明.炭與TiO2光催化劑的復(fù)合及協(xié)同作用研究進(jìn)展.新型炭材料，2004，19(3) : 229-236)和TiO2的晶型控制(崔玉民.影響納米材料TiO2光催化活性的因素.稀有金屬，2006，30(1) : 107-113;鐘永科，唐國風(fēng)，朱萬強(qiáng)，等.水熱法合成銳鈦型納米TiO2的研究.功能材料，2003，34(1) : 86-90;王曉靜，胡中華，陳玉娟，劉亞菲，溫祖標(biāo).以偏鈦酸為原料制備高效負(fù)載型納米Ti02/活性炭光催化劑·化學(xué)學(xué)報(bào)，2008，(22) : 2445-2450)等?；钚蕴烤哂械奶攸c(diǎn)是1)價(jià)廉、易得；2)表面有大量的石墨微晶、較大的比表面、豐富的孔結(jié)構(gòu)和表面基團(tuán)；3)表面石墨微晶對(duì)提高納米TiO2光催化劑的光生電子-空隙的穩(wěn)定性作用重要，通過活性炭的高溫處理可以增加它們的含量，進(jìn)而影響催化劑的活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一條增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的實(shí)用新途徑。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，以一般工業(yè)活性炭為原料，先對(duì)活性炭高溫?zé)崽幚?，然后用溶膠-凝膠法將納米TiO2負(fù)載到活性炭表面以制備Ti02/AC催化劑；活性炭的處理溫度為600-1000°C，處理時(shí)間為4-16小時(shí)，納米TiO2負(fù)載后處理溫度為400-1000°C，時(shí)間為O. 5-4小時(shí)，負(fù)載量為2-8% ；
具體操作步驟為
第一步，活性炭熱處理將粒徑80-120目的市售活性炭置于石英管中，先通入高純氮?dú)廒s走其中的空氣，然后將裝有活性炭的石英管放入預(yù)先加熱到600-1000°C的管式馬弗爐中，石英管的另一端用膠管連接并通入水中以防止空氣進(jìn)入高溫石英管，處理4-16小時(shí)后，關(guān)掉電源，待石英管中活性炭冷卻至150°C后，取出；第二步，負(fù)載納米TiO2 :按2-8%的TiO2負(fù)載量將熱處理后的活性炭加入到TiO2溶膠中，超聲處理O. 5-4小時(shí)，使TiO2溶膠均勻吸附到活性炭表面，放入烘箱中在120°C條件下烘干，然后在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下400-1000°C恒溫處理O. 5-4小時(shí)，得Ti02/AC催化劑。所述第一步中氧化處理的活性炭最好為市售煤質(zhì)活性炭。所述第一步中氧化處理的活性炭最好為市售活性炭纖維。所述第一步中氧化處理的活性炭最好為市售木質(zhì)活性炭。所述第一步中氧化處理的活性炭為最好市售椰殼活性炭。采用上述技術(shù)方案的有益效果是 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明通過高溫預(yù)處理活性炭載體，然后使用溶膠-凝膠法負(fù)載納米TiO2,達(dá)到納米Ti02/AC光催化劑活性的增加，不同于摻雜納米TiO2或控制納米TiO2晶型方法、也不同于選擇催化劑載體途徑，利用高溫對(duì)活性炭載體的前處理，結(jié)合溶膠-凝膠法負(fù)載納米TiO2,達(dá)到催化劑活性和重復(fù)使用性的提高，方法簡單、操作簡便。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
取市售椰殼活性炭80-120目，高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下在管式馬弗爐中800°C處理4小時(shí)，然后用溶膠-凝膠法負(fù)載4. 0%的TiO2后，再在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下600°C處理I小時(shí)，制得TiO2/AC催化劑。以甲基橙為降解物測定其催化活性，試驗(yàn)操作如下準(zhǔn)確取催化劑O. 15g置于150mL的燒杯中，加入5. OX IOVmL的甲基橙水溶液150mL，浸泡過夜，待達(dá)到吸附飽和之后，慢慢倒掉上清液，再加入25mL相同濃度的甲基橙溶液，放置在40W紫外燈下(IOcm處)，打開紫外燈，測定Ti02/AC催化劑對(duì)甲基橙的降解率，光降解80分鐘后，結(jié)果如下
活性炭載體未處理活性炭處理活性炭
甲基橙的降解率，％44. I82.3
甲基橙的降解率=(1-催化后甲基橙的濃度/催化前甲基橙的濃度)X 100%。實(shí)施例2
處理溫度對(duì)催化劑光催化活性的影響
取80-120目市售椰殼活性炭，共三份，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下在管式馬弗爐中分別在600°C、800°C和1000°C處理4小時(shí)，然后用溶膠-凝膠法負(fù)載4. 0%的TiO2后在600°C下處理I小時(shí)，制得Ti02/AC催化劑。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，結(jié)果如下
活性炭處理溫度，V6008001000
甲基橙的降解率，%78. I84. 360. 2。實(shí)施例3 處理時(shí)間的影響
取80-120目市售椰殼活性炭，共三份，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下在1000°C的管式馬弗爐中分別處理4小時(shí)、8小時(shí)和16小時(shí)，然后用溶膠-凝膠法負(fù)載4. 0%的TiO2后于600°C下處理I小時(shí)，制得Ti02/AC催化劑。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，結(jié)果如下活性炭處理時(shí)間，h2.08.016.0
甲基橙的降解率，％58.744.645.4
實(shí)施例4
高溫?zé)崽幚眄樞虻挠绊?br> 顛倒實(shí)施例2中市售椰殼活性炭和納米TiO2的處理順序，即先將納米TiO2負(fù)載到椰殼活性炭表面上后再熱處理活性炭，此時(shí)納米TiO2和活性炭都被熱處理。具體操作為取80-120目椰殼活性炭，共三份，用溶膠-凝膠法負(fù)載4. 0%的TiO2后，將這三個(gè)催化劑在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下在管式馬弗爐中分別在600°C、800°C和1000°C處理4小時(shí)。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，結(jié)果與實(shí)施例2顯著不同
活性炭載體溫度，V6008001000
甲基橙的降解率，％78.560.751.9。實(shí)施例5
溶膠-凝膠負(fù)載后催化劑處理時(shí)間的影響
取經(jīng)過800°C處理的80-120目市售椰殼活性炭，共三份，用溶膠-凝膠法負(fù)載4. 0%的TiO2后于600°C下分別處理O. 5小時(shí)、I. O小時(shí)和4小時(shí)后制得Ti02/AC催化劑。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，結(jié)果如下
催化劑處理時(shí)間，h0.5I. O4.0
甲基橙的降解率，％78.483.884.2。實(shí)施例6
溶膠-凝膠負(fù)載后催化劑處理溫度的影響
取經(jīng)過1000°C處理的80-120目市售椰殼活性炭，共三份，用溶膠-凝膠法負(fù)載4. 0%的TiO2后分別于400°C、600°C和800°C處理I小時(shí)后制得Ti02/AC催化劑。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，結(jié)果如下
催化劑處理溫度，V400600800
甲基橙的降解率，％69.283.761.3。實(shí)施例7 TiO2負(fù)載量的影響
取經(jīng)過800°C處理的80-120目市售椰殼活性炭，共三份，用溶膠-凝膠法分別負(fù)載
2.0%、4· 0%和8. 0%的TiO2后600。。處理I小時(shí)后制得Ti02/AC催化劑。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，結(jié)果如下
TiO2 負(fù)載量，%2. O4. O8. O
甲基橙的降解率，％73.684.375.7。實(shí)施例8
溶膠-凝膠負(fù)載法與直接負(fù)載TiO2納米晶的比較
按4. 0%的負(fù)載量將商品納米TiO2 (P-25，德國Degussa公司生產(chǎn))負(fù)載到1000°C處理的80-120目市售椰殼活性炭上制得Ti02/AC催化劑。按實(shí)施例I中方法測試光催化劑的活性，光降解80分鐘后，檢測甲基橙的降解率，并與實(shí)施例I中的催化劑(使用溶膠-凝膠負(fù)載相同量納米TiO2的催化劑)比較，兩催化劑均循環(huán)使用3次，結(jié)果如下
催化劑溶膠-凝膠負(fù)載法的直接負(fù)載TiO2 (P-25)納米晶的循環(huán)I次84. 3 77. 5
循環(huán)2次85. 2 63.4
循環(huán) 3 次82.8 52.6ο實(shí)施例9 活性炭種類的影響
取80-120目市售煤質(zhì)活性炭、市售木質(zhì)活性炭和市售活性炭纖維各三份，分別在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下管式馬弗爐中于600°C、800°C和1000°C下處理4小時(shí)后，用溶膠-凝膠法負(fù)載4%的TiO2后于600°C下處理I小時(shí)制得Ti02/AC催化劑。按例實(shí)施I中方法測試光催化劑的活性，結(jié)果如下
煤質(zhì)活性炭
處理溫度，V未處理活性炭 600 8001000
甲基橙的降解率，％14.9 16. 2 29. 2 64.8。木質(zhì)活性炭
處理溫度，V未處理活性炭 600 8001000
甲基橙的降解率，％18.6 37.2 43. I22.1?；钚蕴坷w維
處理溫度，V未處理活性炭 600 8001000
甲基橙的降解率，％35.9 35. I 61.4 54.2。
權(quán)利要求
1.一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，用于制備納米Ti02/AC光催化劑時(shí)，將活性炭載體進(jìn)行熱處理，結(jié)合溶膠-凝膠法負(fù)載納米TiO2，已增加納米Ti02/AC光催化劑的活性，其特征在于該方法以一般工業(yè)活性炭為原料，先對(duì)活性炭高溫?zé)崽幚?，然后用溶膠-凝膠法將納米TiO2負(fù)載到活性炭表面以制備Ti02/AC催化劑；活性炭的處理溫度為600-1000°C，處理時(shí)間為4-16小時(shí)，納米TiO2負(fù)載后處理溫度為400-1000°C，時(shí)間為O. 5-4小時(shí)，負(fù)載量為2-8%; 具體操作步驟為 第一步，活性炭熱處理將粒徑80-120目的市售活性炭置于石英管中，先通入高純氮?dú)廒s走其中的空氣，然后將裝有活性炭的石英管放入預(yù)先加熱到600-1000°C的管式馬弗爐中，石英管的另一端用膠管連接并通入水中以防止空氣進(jìn)入高溫石英管，處理4-16小時(shí)后，關(guān)掉電源，待石英管中活性炭冷卻至150°C后，取出； 第二步，負(fù)載納米TiO2 :按2-8%的TiO2負(fù)載量將熱處理后的活性炭加入到TiO2溶膠中，超聲處理O. 5-4小時(shí)，使TiO2溶膠均勻吸附到活性炭表面，放入烘箱中在120°C條件下烘干，然后在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下400-1000°C恒溫處理O. 5-4小時(shí)，得Ti02/AC催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，其特征在于所述第一步中氧化處理的活性炭最好為市售煤質(zhì)活性炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，其特征在于所述第一步中氧化處理的活性炭最好為市售活性炭纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，其特征在于所述第一步中氧化處理的活性炭最好為市售木質(zhì)活性炭。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，其特征在于所述第一步中氧化處理的活性炭最好市售椰殼活性炭。
全文摘要
一種增加活性炭載納米TiO2光催化劑活性的方法，活性炭熱處理將粒徑80-120目的市售活性炭置于石英管中，先通入高純氮?dú)廒s走其中的空氣，然后將裝有活性炭的石英管放入預(yù)先加熱到600-1000℃的管式馬弗爐中，石英管的另一端用膠管連接并通入水中以防止空氣進(jìn)入高溫石英管，處理4-16h后，關(guān)掉電源，待石英管中活性炭冷卻至150℃后，取出；負(fù)載納米TiO2按2-8%的TiO2負(fù)載量將熱處理后的活性炭加入到TiO2溶膠中，超聲處理0.5-4h，使TiO2溶膠均勻吸附到活性炭表面，放入烘箱中在120℃條件下烘干，然后在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下400-1000℃恒溫處理0.5-4小時(shí)，得TiO2/AC催化劑。
文檔編號(hào)B01J21/18GK102861563SQ20121027197
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者鐘永科, 趙學(xué)發(fā), 莫明貴, 袁澤利, 萬小強(qiáng), 張成江 申請(qǐng)人:遵義醫(yī)學(xué)院