[发明专利]一种TiO2光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂光催化剂及其制备方法，具体地说，涉及一种多孔炭材料作为载体的负载型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

随着石油化工生产的迅速发展，由此产生的水环境污染问题越来越严重。受污染的废水中含有大量的、难以生物降解的有机污染物，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、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。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20~50nm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。此外，当水中有机污染物浓度较低时，TiO₂活性物质与有机物接触频率较低，致使光催化剂降解有机物的效率难以提高。

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。通过固载化，既可以有利于TiO₂的分离、回收，又可以利用多孔载体富集有机物的作用提高光催化降解效率。在各种载体中，多孔炭材料具有良好的物理化学稳定性，较强的吸附能力，可将有机物大量富集在催化剂表面提高与TiO₂活性物质的接触频率，从而强化降解效率。

CN 101244383A以活性炭为载体制备了一种负载型TiO₂光催化剂，该催化剂光催化效果好、易于分离回收，但所用的多孔炭材料为50~100目颗粒活性炭。以这种较大颗粒的活性炭为载体制备的负载型TiO₂光催化剂，在降解水中有机污染物时，有机物不易深入到催化剂内部，反应产物也不易由催化剂内部扩散出来，因此催化作用主要发生在催化剂相当有限的外表面，这导致光催化剂的催化效能受到一定程度的限制。

CN 1803291A及CN 1702202A公开了以活性炭纤维为载体担载TiO₂的光催化剂的制备方法。活性炭纤维具有较高的比表面积，对有机物具有较强的富集能力，但活性炭纤维的机械强度较低，容易破碎粉化为颗粒不均的小颗粒。为增强活性炭纤维的机械强度，需添加树脂、粘结剂等有机物将其成型为一定尺寸的颗粒，这就同样面临反应物的传质及外表面利用问题。此外，活性炭纤维的制备难度较大、成本相对较高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种TiO₂光催化剂及其制备方法。该催化剂具有较大的比表面积，良好的传质作用，容易进行分离、回收，并且光催化效率较高等特点。

本发明提供的TiO₂光催化剂，以MCM-22沸石为模板剂制备的多孔炭材料为载体，以TiO₂为活性组分，以催化剂的重量为基准，多孔炭载体的含量为40wt%~95wt%，TiO₂含量为5wt%~60wt%。

本发明提供的TiO₂光催化剂的比表面积为400~900m²/g。

本发明的TiO₂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将MCM-22沸石浸渍于含有炭前躯物的溶液中，待吸附饱和后，分离、干燥、炭化该混合物；

（2）重复步骤（1）浸渍、分离、干燥、炭化过程1~5次；

（3）将步骤（2）所得的物质去除沸石模板，得到以MCM-22为模板制备的多孔炭载体；

（4）将步骤（3）制备的多孔炭载体浸入TiO₂溶胶中，吸附平衡后，然后干燥处理；

（5）重复步骤（4）的TiO₂溶胶负载、干燥过程1~5次；

（6）步骤（5）所得的干燥物经焙烧处理，得到TiO₂光催化剂。