[发明专利]一种制备酸化剥离蛭石负载TiO2光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料制备与环境污染物处理技术领域，具体涉及一种制备酸化剥离蛭石负载TiO₂光催化剂的方法，制得的催化剂是一种能高效稳定地实现吸附-光催化一体化处理有机污染物并易于分离和回收利用的绿色光催化剂，主要应用于环境治理，如废水、污水、室内外气体污染等净化处理。

背景技术

光催化氧化技术具有设备简单、反应条件温和可控、矿化能力强等特点，在低浓度生物难降解有机污染物和空气净化等方面具有广阔的应用前景。在水处理应用中，传统的光催化反应大多在悬浆式反应体系中进行，TiO₂光催化剂通常以粉末状的形态分散在溶液中，很难对其进行有效分离与回收，从而限制了该技术的实际应用，而催化剂的固定化则能很好地解决这一问题。

一般来说，可以通过不同的负载方式将TiO₂以颗粒或薄膜的形态附着于像玻璃、玻璃纤维、不锈钢片、石英砂、陶瓷、分子筛、活性炭等这样的载体上面。而对于天然矿物质类载体来说，其具有价格低廉、吸附性和过滤性良好等优点。尤其对于一些具有层状硅酸盐结构的粘土矿物来说，催化剂柱撑是一种常用的负载方式。然而早期的研究表明，对于这类柱撑的催化剂材料，在光催化应用中，也有自身的使用缺陷。例如，矿物层间的TiO₂粒子结晶度低，影响光催化活性；柱撑剂孔尺寸小，对于较大分子污染物而言，难进入柱撑催化剂内部与其反应，进而影响传质效率；即使有机分子进入层间，光在厚的硅酸盐片层中的低透过率也会降低催化反应效率，从而限制该催化剂材料的实际应用。因此，将TiO₂粒子负载于粘土矿物层的外表面的固载方式，能有效解决以上问题。暴露于片层外表面的催化剂不仅能有效利用光能，而且还使得污染物分子充分地与催化剂表面的活性位点接触，从而提高TiO₂负载光催化剂的利用效率。

蛭石作为一种天然的层状硅酸盐粘土矿物，其热稳定性能优良，化学性能稳定，价格低廉。但由于其二维尺寸较大，层电荷较高，通常与水黑云母、金云母间层共存，导致其内部层状结构很难被打开，在作为催化剂载体方面的研究较少。但经过酸化处理后的蛭石片层，不仅具有小的二维尺寸和大的比表面积，表面还有丰富的羟基基团，这使得该材料可以作为一种良好的TiO₂催化剂载体。

到目前为止，未见酸化剥离蛭石表面负载TiO₂光催化剂的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决TiO₂光催化剂在光催化降解有机污染物的实际应用中难以分离和回收利用的问题，提供一种酸化剥离蛭石负载TiO₂光催化剂的方法。该方法以廉价的酸化剥离蛭石片层为载体，将TiO₂光催化剂负载于酸化剥离蛭石的层表面，从而达到吸附-光催化一体化处理有机污染物并易于分离和回收利用催化剂的目的。通过简单的酸处理得到比表面积较大、表面富含羟基的酸化剥离蛭石片层，然后酸化剥离蛭石为TiO₂纳米光催化剂的载体，采用简单的水热法合成，该方法简单，成本低廉，获得的负载型TiO₂光催化剂为一种酸化剥离蛭石层表面均匀有序生长的、呈平展多孔海绵状的三元混晶相的TiO₂纳米颗粒薄层，并具有大的比表面积和高的光催化活性，便于达到吸附-光催化一体化处理有机污染物并易于分离和回收利用的目的，可广泛应用于环境治理，如废水、污水、室内外气体污染等净化处理。

本发明所述的一种制备酸化剥离蛭石负载TiO₂光催化剂的方法，按下列步骤进行：

a、将蛭石过筛200-300目，按质量分数为20％-50％加入到0.5-3mol/L的磷酸、硫酸、盐酸或硝酸溶液中，反应6-12小时后，过滤水洗至中性，并将滤饼在温度50-120℃下干燥4-12小时，经研磨得到酸化剥离蛭石；

b、将步骤a酸化剥离蛭石分散在50-100mL去离子水中，并加入盐酸，降温到0-10℃；

c、将钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与乙醇、异丙醇、异戊醇或正丁醇溶剂按摩尔比为1∶5-1∶50混合，加入到步骤b含有酸化剥离蛭石的酸溶液中，得到[Ti]/[H⁺]摩尔比为1∶1-1∶4的混合物，将该混合物在温度0-10℃下继续搅拌1-5小时后转移到反应釜中，在温度120-200℃下水热反应5-50小时；