[发明专利]稻壳活性炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米二氧化钛光催化剂的制备技术领域，具体涉及一种稻壳活性炭/二氧化硅/二氧化钛光催化复合材料的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛是一种典型的光催化剂，但在传统的制备方法与应用过程中存在光催化效率低、回收困难等缺点，从而限制了其工业化的应用。近年来，为提高纳米二氧化钛的光催化效果和回收利用率，人们利用各种载体制备固定型二氧化钛光催化剂，其中活性炭作为催化剂载体得到了大量应用，活性炭作为载体有以下优点：价格低廉，能耐酸碱，性质稳定，具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能，而且可以回收利用。目前，制备活性炭负载型纳米二氧化钛最常用的方法为溶胶-凝胶法，但该方法存在的缺陷是：纳米二氧化钛与活性炭载体的结合强度较低，纳米二氧化钛在载体表面易脱落，回收利用价值不高。中国专利CN 101053845A公开了一种溶胶-凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法，将钛酸丁酯与无水乙醇搅拌混合，在强力搅拌下滴加水、乙酸、无水乙醇配成的催化剂得到二氧化钛溶胶，然后在溶胶过程中加入活性炭，充分搅拌后，热处理得到活性炭-二氧化钛复合光催化剂，该方法的不足之处主要在于：① 该复合光催化剂负载后二氧化钛与载体的结合强度不高，二氧化钛在载体表面易脱落，因而复合材料在反复使用后催化性能会下降，重复利用性较差；②在制备过程中使用了大量的有机溶剂，增加了生产成本，且不利于环保。

发明内容

鉴于背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种简单易行、低成本的稻壳活性炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料的制备方法，以稻壳活性炭负载纳米二氧化硅和纳米二氧化钛复合材料，以提高纳米二氧化钛的光催化活性，并有效解决纳米二氧化钛在载体表面的易脱落问题。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：1、稻壳的预处理：将稻壳用清水洗净，干燥，粉碎，过100~250目筛，加入质量百分浓度为3%~10%的盐酸，稻壳与盐酸溶液的质量比为0.1~1:1，在40~85℃温度下搅拌1~7小时，水洗至中性，得到酸洗稻壳粉；2、碱煮：向所述酸洗稻壳粉中加入0.5-3mol/L的NaOH溶液，其中酸洗稻壳粉与NaOH的质量比为0.5~2:1，在不断搅拌下碱煮温度维持在50~95℃，并保温碱煮2~8小时，得到稻壳与硅酸钠组成的混合浆液；3、稻壳/二氧化硅/二氧化钛前躯体的制备：先在不断搅拌下向所述混合浆液中加入0.5-3.5mol/L的TiCl₄溶液，反应温度保持在45~90℃；然后调节反应体系的pH值至5.5~7.5，TiCl₄溶液加入完毕，继续搅拌，保温熟化0.5~3小时；最后将所得的浆液过滤，用去离子水反复洗涤至滤液的电导率≤260μS/cm，将所得的滤饼在70~140℃真空干燥5~12小时，粉碎，制得稻壳/二氧化硅/二氧化钛复合材料；4、炭化：将所述稻壳/二氧化硅/二氧化钛复合材料在氮气气氛下，于300~550℃焙烧2~6小时，自然冷却至室温，制得稻壳炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料；5、活化：将所述稻壳炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料浸渍在质量百分浓度为30~60%的ZnCl₂水溶液中搅拌均匀，其中复合材料与ZnCl₂的质量比为0.2~0.8:1，浸渍时间为12~24小时，干燥后在氮气气氛下，于400~650℃活化1~4小时，自然冷却至室温得到活化产物；6、后处理：将所述活化产物先用质量百分浓度为4~20%的盐酸酸洗，然后用去离子水反复洗涤至滤液的电导率≤260μS/cm，干燥，粉碎，制得稻壳活性炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料。

本发明首先对稻壳进行酸洗，然后通过碱煮将稻壳中的无定型二氧化硅以硅酸钠形式溶出，再以沉淀法工艺将纳米二氧化硅和纳米二氧化钛均匀地沉积在稻壳表面，利用二氧化硅将稻壳与纳米二氧化钛以化学键的形式结合在一起，最后通过炭化、活化制备得到稻壳活性炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料，其优点在于：

1、利用沉淀法工艺制备的稻壳活性炭/二氧化硅/二氧化钛复合材料兼具稻壳活性炭的优异的吸附性能和纳米二氧化钛良好的光催化性能。

2、在稻壳活性炭和纳米二氧化钛之间引入纳米二氧化硅，二氧化硅通过化学键将稻壳活性炭和纳米二氧化钛牢固地结合在一起，有效地避免了纳米二氧化钛在载体表面的易脱落问题，大幅提高了复合材料的稳定性。

3、复合材料中的稻壳活性炭和纳米二氧化硅均来自于农业废弃物稻壳，本发明充分利用了稻壳原料自身的特性及稻壳这种可再生资源，解决了稻壳堆积带来的环境问题。