申请日2009.06.12
公开(公告)日2009.11.11
IPC分类号B01J31/38; C02F101/30; B01J31/04; B01J37/00; C02F1/30; B01D53/86; B01D53/44; B01J31/02
摘要
本发明提供了一种自然光下光催化降解废水中污染物的方法，涉及一种二氧化钛复合光催化剂。该催化剂利用溶胶-凝胶法制备。钛酸酯与醇混合得到溶液A。将10～40份醇、1～3份蒸馏水和5～10份酸混合均匀，搅拌得到溶液B。将溶液A滴加到溶液B中，掺杂有机分子1～5份，同时滴加数滴1∶1(体积比)酸水溶液，搅拌0.5～2小时。静置沉化得凝胶，凝胶干燥研磨再经过焙烧、冷却，超声分散制备成TiO2复合催化剂。本方法制备简便，低成本，没有二次污染，可以吸收可见光，节省能源。应用的范围领域较广，可降解农药、染料等有机污染物，工业化应用前景极大。
权利要求书
1.一种自然光下光催化降解废水中污染物的复合光催化剂的制备方法，其主要特征在于： 催化剂的制备利用溶胶-凝胶法制成二氧化钛凝胶，具体步骤包括(1)在磁力搅拌下取10～17 份钛酸酯与10～40份醇混合得到溶液A;(2)将10～40份醇类、1～3份蒸馏水和5～10份酸 混合均匀，不断搅拌得到溶液B;(3)将溶液A滴加到溶液B中，掺杂有机分子1～5份， 同时滴加数滴1∶1(体积比)酸的水溶液，搅拌0.5～2小时;(4)静置沉化得凝胶，将凝胶 干燥研磨成干凝胶粉末;(5)粉末在100～1000℃下焙烧5～120min，并自然冷却至室温，超 声分散后制备成TiO2复合催化剂。
2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于所掺杂的有机分子含有醛基、羟基、 羧基、卤素的五元杂环衍生物和苯衍生物，五元杂环的杂原子Y可以是N、O、S，X代表醛 基、羧基、羟基、卤素等功能性基团，位置可以是2、3、4、5位任意一个位置或多个位置， 这些基团可以同时存在于分子中。
3.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于钛酸酯选自钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、 钛酸丙酯或钛酸乙酯中的一种或几种混合加入。
4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于所用的酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷 酸、高氯酸、醋酸中的一种或几种混合加入。
5.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于所用的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异 丙醇、叔丁醇中的一种或几种混合加入。
6.根据权利要求1中所得复合光催化剂，其特征在于在自然光照下可以达到较好的降解 效果。
7.根据权利要求1中所得复合光催化剂，其特征在于可以降解废水中的污染物包括亚甲 基蓝、甲基橙、苯酚、甲醛、苯等有机污染物。
8.根据权利要求1中所得复合光催化剂，其特征在于催化剂粒子是微米级的，可以解决 催化剂和水相分离难的问题。
说明书
一种自然光下光催化降解废水中污染物的复合光催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于光催化材料制备及废水、废气污染物光催化降解等环境保护领域。
背景技术
1972年Fujishima和Honda首次报道了在TiO2半导体单晶电极上水的光解现象，二氧化钛作 为一种光催化剂，奠定了多相半导体光催化的基础，标志着金属氧化物光催化剂一个新时代 的开始。二氧化钛(TiO2)由于其良好的化学稳定性和热稳定性、高效、无毒、成本低等特 点，已成为目前最引人注目的环境净化材料，广泛应用于环境保护的各个领域。如光催化降 解废水中的染料、农药等有机污染物，重金属离子污染物等;降解大气中的NOx、汽车尾气 中的含硫气体以及其它污染物如卤代烃、醛类、多环芳烃等。由于二氧化钛禁带宽度为3.2eV (锐钛矿)，其吸收在紫外区(波长<380nm)，而太阳光中紫外光的含量只占3～5%，大大限 制了其对太阳能的利用。对二氧化钛(TiO2)进行金属或非金属掺杂，能在二氧化钛的晶格 中引入杂质能级，减小二氧化钛的禁带宽度，从而提高催化剂的催化活性。本发明利用溶胶 -凝胶法，通过掺杂有机分子制备了一种具有自然光响应，成本低廉，工艺简单，无污染， 节省能源，极具工业应用价值的二氧化钛复合光催化剂。
发明内容
1.一种自然光下光催化降解废水中污染物的复合光催化剂的制备方法，其主要特征在于： 催化剂的制备利用溶胶-凝胶法制成二氧化钛凝胶，具体步骤包括(1)在磁力搅拌下取10～17 份钛酸酯与10～40份醇混合得到溶液A;(2)将10～40份醇类、1～3份蒸馏水和5～10份酸 混合均匀，不断搅拌得到溶液B;(3)将溶液A滴加到溶液B中，掺杂有机分子1～5份， 同时滴加数滴1∶1(体积比)酸的水溶液，搅拌0.5～2小时;(4)静置沉化得凝胶，将凝胶 干燥研磨成干凝胶粉末;(5)粉末在100～1000℃下焙烧5～120min，并自然冷却至室温，超 声分散后制备成TiO2复合催化剂。
2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于所掺杂的有机分子含有醛基、羟基、 羧基、卤素的五元杂环衍生物和苯衍生物，五元杂环的杂原子Y可以是N、O、S，X代表醛 基、羧基、羟基、卤素等功能性基团，位置可以是2、3、4、5位任意一个位置或多个位置， 这些基团可以同时存在于分子中。
3.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于钛酸酯选自钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、 钛酸丙酯或钛酸乙酯中的一种或几种混合加入。
4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于所用的酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷 酸、高氯酸、醋酸中的一种或几种混合加入。
5.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于所用的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异 丙醇、叔丁醇中的一种或几种混合加入。
6.根据权利要求1中所得复合光催化剂，其特征在于在自然光照下可以达到较好的降解 效果。
7.根据权利要求1中所得复合光催化剂，其特征在于可以降解废水中的污染物包括亚甲 基蓝、甲基橙、苯酚、甲醛、苯等有机污染物。
8.根据权利要求1中所得复合光催化剂，其特征在于催化剂粒子是微米级的，可以解决 催化剂和水相分离难的问题。
催化剂的效果和掺杂有机物的种类、数量、煅烧温度及煅烧时间等因素有关。经过实验， 掺杂效果最好的是噻吩衍生物，制备中物质的量除各别说明外均采用份(体积：毫升)计量， 1份即1ml。应用实例只是示范说明催化剂的制备及催化降解亚甲基蓝的效果，本专利保护的 范围不受以下应用实例的限制。