[发明专利]一种介孔钛硅柱撑粘土光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于柱撑粘土吸附催化材料和环境保护领域，特别涉及一种介孔钛硅柱撑粘土光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

TiO₂光催化剂被认为是处理有机污染物行之有效的技术，在能源和环境领域存在巨大应用潜力，因而被广泛研究。但是TiO₂的光催化效率极大地受到晶形结构、粒径、比表面积和孔径等的影响。研究发现，通过增大催化剂的比表面积、减小催化剂的粒径可以明显地提高光催化反应的效率。粘土矿物货源充足、价格便宜、具有较大的比表面积，更重要的是粘土矿物还对紫外线具有一定的透明度，从而使得光催化剂能够尽可能地发挥催化活性，同时它的多孔结构可能会给光催化剂提供一个良好的特殊催化微环境，因此粘土矿物经常被用做光催化剂的载体。其中钛柱撑粘土因为其高效的光催化性能而得到更为广泛的关注。相对于天然柱撑粘土材料，钛硅柱撑粘土具有更大孔径、更多孔和更大比表面积等优点，且在粘土的夹层里可以得到很小粒径的TiO₂粒子，因而使得粘土具有更强的吸附选择性和更高的光催化活性。但是由于在制备光催化剂的过程中大多数研究工作均采用快速水解法得到TiO₂粒子前驱体，使得形成溶胶颗粒尺寸和形状难以控制，其不均匀性会引起不均匀的层柱高度和孔间大小分布，从而影响催化剂的吸附性能和光催化活性。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的是提供一种介孔钛硅柱撑粘土光催化剂。该介孔钛硅柱撑粘土光催化剂对有机污染物不但具有较强的吸附性能，而且具有较强的光催化活性；同时克服了单纯的硅柱撑粘土或者单纯的钛柱撑粘土只能单方面高效吸附或者高效降解有机污染物的缺点。

本发明的另一目的是提供上述介孔钛硅柱撑粘土光催化剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述介孔钛硅柱撑粘土光催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种介孔钛硅柱撑粘土光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粘土与水配成质量分数为0.1％～10％的浆液，充分溶胀2～48小时后，加入5～25g/l的钠盐溶液100～800ml，在30～90℃下搅拌2～24小时，然后在室温下继续搅拌2～36小时，离心水洗，烘干得到钠基粘土。

(2)将钠基粘土与水配制成质量百分比为0.1％～10％的悬浮混合体系，充分溶胀2～36小时，得到溶胀后的悬浮混合体系。

(3)将钛溶胶(TiO₂溶胶)按摩尔比钛离子(Ti⁴⁺)∶阳离子交换容量(CEC)＝10～80∶1滴加到溶胀后的悬浮混合体系中，再将硅溶胶(SiO₂溶胶)滴加到上述悬浮混合体系中，室温下搅拌2～36小时，待混合体系中的钛和硅溶胶充分柱撑反应沉淀后，离心水洗，得到水洗后的沉淀物；所述钛溶胶(TiO₂溶胶)和硅溶胶(SiO₂溶胶)中Si⁴⁺∶Ti⁴⁺的摩尔比为0.1～10∶1。

(4)将水洗后的沉淀物干燥并在100～600℃下烧结2～10小时，研磨过筛后，得到介孔钛硅柱撑粘土光催化剂。

为了更好地实现本发明，所述钛溶胶是TiO₂溶胶，采用溶胶-凝胶法制备，以醋酸为抑制水解催化剂，钛酸丁酯为前驱物，按摩尔比为Ti⁴⁺∶H⁺＝1∶3～10的比例搅拌1～5小时制得。

所述硅溶胶是SiO₂溶胶，采用溶胶-凝胶法制备，以醋酸为抑制水解催化剂，正硅酸乙酯为前驱物，按摩尔比为Si⁴⁺∶H⁺＝1～10∶1的比例搅拌1～5小时制得。

所述钠盐为氯化钠、硝酸钠或硫酸钠等易溶解性的钠盐。

一种介孔钛硅柱撑粘土光催化剂，就是通过上述方法制备而成的。

本发明的介孔钛硅柱撑粘土光催化剂可以在环保领域作为选择吸附剂或催化剂，具有广阔的应用潜力。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：