本發(fā)明屬于光催化,具體涉及巴基紙/tio2復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用。
背景技術(shù):
1、工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展給人類(lèi)帶來(lái)了便利的同時(shí)也帶來(lái)了許多問(wèn)題,排放到環(huán)境中的染料、有毒溶劑、農(nóng)藥等有機(jī)污染物對(duì)水體造成了相當(dāng)大的污染,嚴(yán)重危害人體健康。利用光催化技術(shù)對(duì)水污染進(jìn)行處理,具有降解效率高、反應(yīng)條件溫和和能耗低等優(yōu)點(diǎn),具有很好的發(fā)展前景。
2、tio2因其化學(xué)穩(wěn)定性、無(wú)毒和低成本等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的研究。然而,使用tio2粉末的缺點(diǎn)是在光催化反應(yīng)后難以從水中對(duì)催化劑進(jìn)行回收,會(huì)導(dǎo)致二次污染。解決該問(wèn)題的一種方法是將tio2負(fù)載在大面積襯底上。已經(jīng)有一些材料用作二氧化鈦的支持基板,如光纖,玻璃,和硅片等。這些襯底對(duì)光催化過(guò)程沒(méi)有貢獻(xiàn),甚至?xí)档凸獯呋?,因此光催化效果并不理想。新型納米碳材料由于其具有高導(dǎo)電性、大比表面積等優(yōu)點(diǎn),成為光催化領(lǐng)域?qū)W者們的研究熱點(diǎn)。將納米碳材料和半導(dǎo)體光催化劑結(jié)合,是光催化劑復(fù)合改性眾多研究方向之一。碳材料的大比表面積不僅可以提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn),增強(qiáng)材料的吸附性能,還可以促進(jìn)光生載流子的分離,并顯著抑制電子-空穴復(fù)合。碳納米管(cnts)屬于碳納米材料的一種,將cnts和tio2復(fù)合,制備出的復(fù)合材料顯示出協(xié)同效應(yīng),光催化效率明顯優(yōu)于單一的tio2和cnts。然而,離散型的tio2/cnts與tio2一樣都存在難以回收的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,本發(fā)明提供了巴基紙/tio2復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用。通過(guò)溶膠凝膠法制備了巴基紙/tio2復(fù)合材料,制備出的巴基紙/tio2復(fù)合材料顯示出協(xié)同效應(yīng),有效促進(jìn)了載流子的分離,進(jìn)一步提高了光催化效率。將甲基橙溶液看作目標(biāo)降解物,研究巴基紙/tio2復(fù)合材料在紫外光下的光催化降解性能,最高光催化降解效率可達(dá)99.34%。并且由cnts組成的紙狀結(jié)構(gòu)的巴基紙具有很好的柔性、便捷性,保持了碳納米管的優(yōu)點(diǎn),將其與tio2復(fù)合,不僅能夠提高光催化效率,還能夠?qū)κ褂眠^(guò)的巴基紙/tio2進(jìn)行回收利用,避免了二次污染。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下方案:
3、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料,包括巴基紙以及均勻分布在巴基紙上的銳鈦礦型tio2,并且形成ti-o-c共價(jià)鍵。
4、所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料在光催化降解中的應(yīng)用,用于作為光催化劑,降解水中有機(jī)污染物,在紫外光下,光催化降解效率可達(dá)99%以上。
5、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,包括以下步驟:
6、s1:配置tio2反應(yīng)溶膠
7、(1)乙醇水混合溶液:按體積比,無(wú)水乙醇:酸性去離子水=(12-13):(17-18),得到混合溶液a;
8、(2)按摩爾比,鈦酸四丁酯:乙酰丙酮=1:(0.70-0.71);稱(chēng)量原料,將鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的混合液伴隨攪拌下,加入無(wú)水乙醇中,混合均勻,形成混合溶液b;其中,按固液比,鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的混合液:無(wú)水乙醇=(410~411)g:(250~260)ml;
9、所述的s1的(1)中,酸性去離子水為硝酸調(diào)節(jié)的ph=3的去離子水。
10、(3)伴隨攪拌,將混合溶液a和混合溶液b混合均勻,得到均勻透明的溶膠;并進(jìn)行定容,得到0.5~1mol/l的tio2溶膠;靜止陳化24h以上,得到陳化后的tio2溶膠;
11、s2:制備巴基紙/tio2復(fù)合材料
12、將陳化后的tio2溶膠旋涂在巴基紙上,干燥,保溫,隨爐冷卻,得到巴基紙/tio2復(fù)合材料。
13、所述的s2中,巴基紙的厚度為10~15μm,強(qiáng)度為60~120mpa,金屬的質(zhì)量百分含量5%。
14、所述的s2中,干燥的干燥溫度為40~50℃,干燥時(shí)間為1~2h。
15、所述的s2中,保溫的保溫溫度為400~500℃,保溫時(shí)間為2~3h。
16、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料,采用上述制備方法制得。
17、以上步驟僅僅是為了描述技術(shù)方案更清晰,并非是對(duì)操作過(guò)程前后順序的限制,在不影響最終效果的情況下,部分步驟可以前后替換。
18、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用,其有益效果為:
19、(1)本發(fā)明使用溶膠凝膠法制備巴基紙/tio2復(fù)合材料,制備材料對(duì)人體無(wú)害,對(duì)環(huán)境無(wú)污染;制備工藝簡(jiǎn)單、成本低。
20、(2)在外界光的照射下,電子從tio2的價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶,在價(jià)帶中留下空穴。巴基紙中的碳納米管不僅是一種負(fù)載材料,而且還是一種禁帶寬度比tio2窄的半導(dǎo)體材料,因此,電子同時(shí)遷移到碳納米管導(dǎo)帶上。另外,h2o作為電子供體,o2作為電子受體,會(huì)形成羥基自由基和超氧自由基。這些生成的自由基能夠?qū)⑽廴疚锓纸鉃閔2o、co2等無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì),從而有效的降解其他染料,特別是甲基橙。
21、(3)采用本發(fā)明的制備方法將tio2負(fù)載在巴基紙上,不僅能夠有效的解決單一tio2易團(tuán)聚的問(wèn)題,還能夠增加催化劑的比表面積,提高對(duì)污染物的吸附容量。巴基紙中的碳納米管與tio2通過(guò)ti-o-c鍵合,能夠促進(jìn)載流子的分離,從而提高光催化效率,制備的巴基紙/tio2復(fù)合材料在90min內(nèi)幾乎可以完全降解甲基橙。
22、(4)tio2、tio2/cnts都是粉末狀結(jié)構(gòu),投入水體后無(wú)法進(jìn)行回收利用。而巴基紙是一種碳納米管由于范德華力的作用相互糾纏形成的類(lèi)似于無(wú)紡布結(jié)構(gòu)的自支撐碳納米管紙,具有很好的柔性、機(jī)械性能和導(dǎo)電性,巴基紙/tio2復(fù)合材料中的巴基紙?jiān)诩垙埥Y(jié)構(gòu)完整的情況下,能夠?qū)ζ溥M(jìn)行回收利用,避免二次污染。
1.一種巴基紙/tio2復(fù)合材料,其特征在于,包括巴基紙以及均勻分布在巴基紙上的銳鈦礦型tio2,并且形成ti-o-c共價(jià)鍵。
2.權(quán)利要求1所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,所述的s1的(1)中,按體積比,無(wú)水乙醇:酸性去離子水=(12-13):(17-18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,所述的s1的(1)中,酸性去離子水為ph=3的去離子水。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,所述的s1的(2)中,按摩爾比,鈦酸四丁酯:乙酰丙酮=1:(0.70-0.71);和/或,按固液比,鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的混合液:無(wú)水乙醇=(410~411)g:(250~260)ml。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,所述的s2中,巴基紙的厚度為10~15μm,強(qiáng)度為60~120mpa,金屬的質(zhì)量百分含量5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,所述的s2中,干燥的干燥溫度為40~50℃,干燥時(shí)間為1~2h。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法,其特征在于,所述的s2中,保溫的保溫溫度為400~500℃,保溫時(shí)間為2~3h。
9.一種巴基紙/tio2復(fù)合材料在光催化降解中的應(yīng)用,其特征在于,將權(quán)利要求1所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料或權(quán)利要求2-8任意一項(xiàng)所述的制備方法制得的巴基紙/tio2復(fù)合材料用于作為光催化劑,降解水中有機(jī)污染物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料在光催化降解中的應(yīng)用,其特征在于,水中有機(jī)污染物為甲基橙,在紫外光下,巴基紙/tio2復(fù)合材料的光催化降解效率達(dá)99%以上。