[发明专利]介孔硅胶负载钛柱撑粘土光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附型催化材料技术领域，特别涉及一种介孔硅胶负载钛柱 撑粘土光催化剂及其制备方法和在水体和大气环境保护领域中的应用。

背景技术

半导体光催化技术在处理毒害有机污染物方面显示了良好的应用前景。 在适宜的条件下，半导体光催化技术能将水相和气相中有机污染物无选择性 地彻底矿化为CO₂、水和无机盐，从而消除或减轻了有机污染物对环境的影 响而又不带来二次污染。由于具有价廉、无毒和高催化活性等优点，半导体 TiO₂光催化剂在环境领域存在巨大应用潜力，因而被广泛研究。但是在有机 污染物的处理过程中所使用的TiO₂大多数为粉末或者小球，这不仅大大地浪 费了催化剂，而且在反应过程中，只有表面的少量催化剂吸收了紫外光而起 到催化剂的作用，从而削弱了催化剂的实际催化活性。另一方面，由于环境 中的有机污染物一般浓度较低，要达到有效的光催化处理效果则首先应提高 其在催化剂表面的吸附和富集，从而提高催化剂表面有机反应物的微环境浓 度，使得污染物、催化剂和光源三者之间能够有效地接触，提高界面电荷的 传递速率，降低空穴和电子的复合率，从而大大提高对有机污染物的光催化 去除效率。因此开发出一种能够有效吸附环境中微量有机污染物的高效吸附 型催化剂，并同时使其成为原位催化降解再生复合吸附型催化剂材料一直是 光催化技术领域的研究热点。由于粘土矿物货源充足、价格便宜，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。而且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。但是在钛柱撑粘土的制备过程中，由于高温煅烧会使得 粘土发生相当程度的层间塌陷，大大地降低了钛柱撑粘土的比表面积和吸附 能力，从而削弱了钛柱撑粘土对有机污染物的去除效率。

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 种介孔硅胶负载钛柱撑粘土光催化剂。该介孔硅胶负载钛柱撑粘土光催化剂 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。

本发明的另一目的是提供上述介孔硅胶负载钛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硅胶负载钛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：一种介孔硅胶负载钛柱撑粘土光 催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将10～500目硅胶先用0.01～1mol/L强酸浸泡0.5～12小时，然后过 滤水洗，直至洗液的pH值为3～11，将水洗后的沉淀物在50～180℃下烘干得 到活化硅胶；

(2)将粘土与水配制成质量分数为0.1％～10％的悬浮混合体系，充分溶 胀12～36小时，得到溶胀后的悬浮混合体系；

(3)将钛溶胶按摩尔比钛离子(Ti⁴⁺)∶阳离子交换容量(CEC)＝10～ 150∶1缓慢加到步骤(2)所得溶胀后的悬浮混合体系中，搅拌2～48小时后 得到混合溶液；

(4)将1～100g步骤(1)所得活化硅胶加入到50～500mL步骤(3) 所得混合溶液中，继续搅拌2～48小时，待硅胶充分沉淀后，滤去上清液， 将沉淀物先在50～180℃下烘干1～36小时，而后在100～800℃下煅烧2～ 12小时，即得介孔硅胶负载钛柱撑粘土光催化剂。

为了更好地实现本发明：

步骤(1)中，所述强酸为盐酸、硝酸或硫酸；

步骤(2)中，所述粘土为钠基膨润土；

步骤(3)中，所述钛溶胶是TiO₂溶胶，采用溶胶-凝胶法，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∶2～10的比例 搅拌1～8小时制得；

上述步骤中涉及的水均为去离子水。

本发明还提供一种介孔硅胶负载钛柱撑粘土光催化剂，就是通过上述方 法制备而成的。

本发明的介孔硅胶负载钛柱撑粘土光催化剂可以在环保领域作为选择性 吸附剂或光催化剂，具有广阔的环境保护应用潜力。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：