[发明专利]一种纳米漂浮型负载光催化剂及其低温制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂材料领域，特别涉及一种纳米漂浮型负载光催化剂及其低温制备方法和在环境方面的应用。

背景技术

近年来利用半导体粉末作为光催化剂降解各类有机污染物的研究引起了国内外不同领域学者的重视，以TiO₂为代表的半导体光催化技术已经成为环境等领域中最活跃的研究领域之一。但是光催化技术一直没有在废水处理上技术中大规模使用。工程应用中存在的主要问题之一就是悬浮体系中粉末催化剂难以分离回收，同时纳米粉末光催化剂容易发生聚集，使光催化效果变差。研究发现，将催化剂固定在一定的基材上，制备负载型催化剂是解决催化剂分离回收的一种有效途径。因此将纳米粉末光催化剂固定在载体上目前已成为半导体光催化研究与应用的热点之一。另一方面，众所周知，水面漂浮的有机污染物如石油等的有效去除则又是水体污染治理的一个难点。目前漂浮有机物的处理主要采用物理方法、微生物法等方法进行清除，物理方法如机械清除法、气浮法、吸附法和油层分散蒸发法等。但是机械清除法、气浮法和吸附法对一些油层薄的地区不适宜且清除费用昂贵，而油层分散蒸发法又是“污染转移”，可能造成对大气的二次污染；微生物法处理对漂浮有机物的效果并不明显，且存在处理时间长、处理成本高等问题。而光催化技术作为一种高级氧化技术，反应快速，效果好，不带来二次污染，有望使用该技术清除水面漂浮的有机污染物。但是一般的粉末和负载型催化剂在光催化降解水面漂浮有机污染物常常效果并不明显，这是因为光催化剂一般悬浮于水体中，甚至沉入水底，而污染物却漂浮在水体表面，从而导致光催化剂和漂浮有机污染物接触并不充分。因此为了有效利用光催化技术清除水面漂浮油类等有机污染物，开发和制备漂浮型光催化剂就显得非常必要和意义重大。近年来已有少量研究者制备并使用漂浮型光催化剂对水面漂浮的污染物进行光催化降解研究。但是他们在制备光催化剂的过程中均使用了高温煅烧的方法，在煅烧过程中必然可能对载体的多孔或者空心结构产生一定程度的破坏，影响光催化剂的漂浮性能，同时煅烧过程也导致载体表面TiO₂分布不够均匀，粒度范围容易宽化，从而影响光催化剂的活性。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种纳米漂浮型负载光催化剂即纳米TiO₂/飘珠光催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述纳米漂浮型负载光催化剂的低温制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述纳米漂浮型负载光催化剂在环境保护方面的应用。

本发明以粉煤灰中分离出来的空心微球飘珠为载体，采用一种简单的低温异相水解法在较低的温度下水热合成了纳米漂浮型负载光催化剂(TiO₂/飘珠光催化剂)，并通过光催化降解正癸烷为模型反应，研究了该纳米漂浮型负载光催化剂的催化性能，同时与P25 TiO₂悬浮体系的光催化效率相对比，本发明制备的纳米漂浮型负载光催化剂降解正癸烷的能力远远大于P25 TiO₂悬浮体系。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种纳米漂浮型负载光催化剂的低温制备方法，包括如下步骤：

(1)钛酸丁酯负载：首先将钛酸丁酯溶解在乙醇中，得到0.02～0.5mo1·dm^-3钛酸丁酯的乙醇溶液；然后将5～200ml钛酸丁酯的乙醇溶液与0.1～10g空心微球飘珠充分混合均匀后，通过旋转蒸发法将钛酸丁酯负载于空心微球飘珠上，得到已经负载钛酸丁酯的空心微球飘珠。

(2)异相水解反应：将已经负载钛酸丁酯的空心微球飘珠于异相水解装置上进行异相水解反应，形成含水TiO₂/飘珠。

(3)重复步骤(1)和步骤(2)0～9次，可以得到负载次数为1～10次的含水TiO₂/飘珠。将负载次数为1～10次的含水TiO₂/飘珠和蒸馏水按1∶1～1∶10的质量比混合，在100～220℃保温2～24小时进行晶化；反应后冷却，过滤，再用蒸馏水洗涤干净，在40～120℃真空干燥，得到纳米TiO₂/飘珠光催化剂即纳米漂浮型负载光催化剂。

所述步骤(2)中异相水解反应条件为：空气流量为100～800ml/min，水解反应温度100～160℃，水解反应0.5～24小时。

一种纳米漂浮型负载光催化剂即纳米TiO₂/飘珠光催化剂，就是通过上述制备方法制备而成。