[发明专利]一种具有可见光催化活性的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，特别涉及一种具有可见光催化活性的复合材料及其制备方法。

背景技术

光催化作为一种高级氧化技术，在工业和环境领域已显示出广阔的应用前景。光催化技术关键是光催化剂，TiO₂（二氧化钛）因其具有催化活性高、稳定性好、价廉、环境友好等特点，一直是人们研究的主要热点之一。然而，TiO₂的粒径较小，带隙较宽，且光生电子易与空穴复合，使其难以在实际中得到广泛的应用。从应用角度考虑，目前对TiO₂光催化剂的研究主要有两个方面：一是提高其可见光催化效率；二是催化剂的固载。前者可通过金属或非金属掺杂、表面光敏化、半导体复合等方法实现，后者则是研究光催化剂的负载载体，以方便其实现回收再利用。

粘土矿物广泛存在于各种地质体中，是一类具有层状结构含有不同化学组成、结构和表面性质各异的岩石，由于它们具有颗粒微小、比表面积大、吸附性能良好等特征，使它们非常适合作为载体材料。TiO₂与粘土的复合不仅可以提高TiO₂的光催化活性，而且粘土良好的吸附性能可以大大增强光TiO₂与目标反应物的接触速率，同时TiO₂颗粒经固载后，沉降性能得到了显著提高，通过一般沉降手段即可实现固液分离，达到了催化剂回收再利用的目的，完全符合固载技术的应用要求。

发明内容

为了克服现有技术中的缺点与不足，本发明的首要目的是提供一种具有可见光催化活性的复合材料。

本发明的另一目的是提供所述的可见光催化活性的复合材料的制备方法。

本发明的目的可通过下述技术方案实现：

一种具有可见光催化活性的复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：

（1）有机柱撑粘土的制备：粘土矿物经粉碎后过200目筛，放置于60～80℃干燥箱中干燥1～2天，即为粘土原土；取20重量份的粘土原土，按粘土原土与蒸馏水的质量比为1:10的比例，将粘土原土分散于水中形成悬浮浆液；后加入相当于粘土原土阳离子交换容量（CEC）0.5~2倍物质的量的有机柱化剂，在60℃的水浴恒温条件下搅拌2h，放置过夜。产物以去离子水清洗至无Br-存在，90℃下烘干，充分研磨并过200目筛后则可制得有机柱撑粘土；

（2）目标样品ZnTiO₃/TiO₂的制备：按摩尔比[Zn⁺²]/[Ti⁺⁴]＝1的比例，在磁力搅拌下将2.5g乙酸锌加入到100ml无水乙醇中，经1h后形成无色透明溶液；此后往该溶液中加入1mL1.2mol/L的盐酸，按Zn²⁺与Ti⁴⁺摩尔比1:1向其中加入3.9ml钛酸四丁酯，搅拌1h后得到浅黄色稠状溶液，此为溶胶；将在常温、常压下水解24h形成的溶胶置于45℃水浴中12h即得凝胶，凝胶在真空（55℃和-0.1Pa）下干燥12h，得淡黄色前躯体；将前躯体置于马弗炉中于600℃下焙烧后，充分研磨并过200目筛后即得目标样品ZnTiO₃/TiO₂；

（3）ZnTiO₃/TiO₂-有机柱撑粘土：按照质量百分比[有机柱撑粘土]:[蒸馏水]＝1:10配制有机柱撑粘土的悬浮浆液，将ZnTiO₃/TiO₂按照质量百分比为20～100%负载用量，加到有机柱撑粘土的悬浮浆液中，室温下强力搅拌12h，抽滤并在90℃干燥2天，充分研磨后过200目筛即得最终产品ZnTiO₃/TiO₂-有机柱撑粘土；

步骤（1）所述的粘土矿物为蒙脱石、蛭石、累托石、坡缕石、伊利石或云母中的一种或两种以上的混合物；

步骤（1）所述有机柱撑粘土的细度优选80～200目，为有机柱撑蒙脱石、有机柱撑蛭石、有机柱撑累托石、有机柱撑坡缕石、有机柱撑伊利石或有机柱撑绢云母中的一种或两种以上混合物；

步骤（1）所述的阳离子交换容量（CEC）是根据《岩石矿物分析》描述的测试方法测定；

步骤（1）所述有机柱化剂为十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵中的一种；