[发明专利]一种负载型二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载型二氧化钛(TiO₂)光催化剂的制备方法，具体的说， 涉及一种以有序大孔炭为载体的TiO₂光催化剂及其制备方法，属于无机材料制 备领域。

背景技术

随着工业生产的迅速发展，大量的废物不断地排入自然界，使人类的生存 环境日益恶化，其中水环境污染问题尤为严重。废水中含有大量的、难以生物 降解的有机污染物，如酚类，多氯联苯和多环芳烃等，它们的生物毒性较大， 严重地威胁着人类的健康和生命。所以，消除水中的有机污染物，改善环境状 况，是人类当前面临的亟待解决的重大课题。

光催化降解有机污染物是目前被广泛研究的、环境友好的污水净化技术， 它具有反应条件温和、不产生二次污染等特点，特别适用于石油、化工、造纸、 染料等行业排放污水中的低浓度难降解有机污染物的处理，此项技术在欧美等 发达国家已有工业化应用的报道，在中国亦有多个机构正在进行研究开发。目 前大量使用的光催化剂为锐钛相TiO₂，而光催化降解污染物时通常采用悬浮反 应体系。但是，用作光催化剂的TiO₂通常为超细粒子形态，粒径约在20nm-50nm 之间，这就造成了TiO₂粒子在反应体系中呈稳定的乳状分散形态，使得TiO₂的 分离、回收困难，不利于其重复利用。

为解决这一问题，将TiO₂粒子固载到多孔载体上是一种必要的措施。中国 专利CN1803291A及CN1702202A公开了了以活性炭纤维为载体担载TiO₂的制 备方法。然而，已有的研究资料表明，活性炭纤维孔结构以微孔为主，其平均 孔径＜2nm，并且具有相当比例的超微孔。这种以微孔为主的孔结构，对于污水 中有机大分子的传质具有一定的限制作用，从而影响光催化反应效率的提高。

三维有序大孔材料(Three-dimensionally Ordered Macroporous，3DOM)具 有孔径较大(＞50nm)、孔径均一、孔排列有序等结构特点，是近年来兴起的材 料研究热点。目前，在催化领域，利用3DOM材料的大孔优势来减少大分子在 催化剂体系中的传质阻力是一个值得关注的研究思路。中国专利CN1504258A 以3DOM TiO₂为载体担载杂多酸制备了大孔杂多酸/TiO₂复合光催化剂，用于降 解水中有机污染物。但是，大孔无机氧化物一般具有较低的比表面积(一般 ＜100m²/g)，并且杂多酸的比表面积通常＜10m²/g，两者复合后，比表面积不能得 到有效提高，而具有较低比表面积的光催化剂不利于污水中低浓度有机分子的 富集，从而影响光催化剂处理效率的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以有序大孔炭为载体的负载型TiO₂光 催化剂，该催化剂具有较大的传质通道、较高的比表面积，容易进行分离、回 收，并且具有较高的光催化效率等特点。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种以有序大孔炭为载体的负载型 TiO₂光催化剂的制备方法。

本发明提供的负载型TiO₂光催化剂，以有序大孔炭为载体，以TiO₂为活性 组分。以催化剂的重量为基准，有序大孔炭含量为30w％-95w％，TiO₂含量为 5w％-70w％；该催化剂的平均孔径(以扫描电镜法测量)为30nm-900nm，比表 面积为400m²/g-2000m²/g。

本发明的负载型TiO₂光催化剂的制备方法包括以下步骤：

1)二氧化硅模板的组装。首先合成二氧化硅胶体微球，并将合成的二氧化 硅胶体微球组装为有序的密堆体，构成胶体晶体，将此胶体晶体经干燥和烧结 处理后得到二氧化硅模板。