[发明专利]一种负载改性TiO2的光催化陶粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，具体涉及一种负载改性TiO2的光催化陶粒及其制备方法。

背景技术

 光催化氧化技术作为近年来迅速发展的一种新型环境治理技术已被广泛应用于包括除去丙酮、甲醛等挥发性有机化合物( VOCs) 等的环保领域。TiO2因其具有无毒、价廉、不发生光腐蚀、催化活性好、催化产物不具有二次污染等特点而具有较大的应用潜力，但是TiO2对光的吸收仅限于紫外光区，而到达地面的太阳光中所含的紫外光不足5%，这就极大地限制了其对太阳能的利用。对TiO2进行掺杂改性，拓宽其光响应波长范围、增强其光催化活性，已经成为近年来的研究热点。此外，对TiO2 光催化剂而言，如何增加空气中VOCs与TiO2的接触几率是光催化反应的关键。很多研究者将TiO2与多孔状吸附剂结合，通过吸附剂所提供的高浓度污染物环境来提高TiO2的光催化活性，这也是近年来该领域的研究热点之一。

TiO2的掺杂改性主要目的在于拓宽其光响应波长范围，最好能在可见光区也有良好的光催化活性。研究者们在这方面做了大量工作，掺杂元素包括贵金属、过渡金属、稀土元素以及碳、氮等非金属元素。最近，研究者们发现，对TiO2进行共掺杂要比单一掺杂更容易提高TiO2的光催化活性，如N和S共掺杂 [南京师大学报（自然科学版），2006, 29(4): 55-57]、C和V共掺杂[Journal of Catalysis, 2007, 252: 296-302]、N和Fe共掺杂[湖南科技大学学报（自然科学版，2010, 25(3): 98-101）]等。这些研究均表明对TiO2共掺杂后其吸收边有较为明显的红移，而且在可见光区的吸收也明显增强。但是，这一类的掺杂材料多为粉粒状，难以回收，在实际应用中容易浪费，而且易团聚，影响光催化效果。针对于此，研究者们提出将TiO2负载在载体材料上，一方面可以很好地解决上述问题，另一方面也可增加其有效比表面积，形成一种高浓度的污染物环境，进而提高TiO2的光催化特性。这些载体材料种类繁多，包括天然矿物、玻璃、吸附剂、陶瓷等等，其中效果最佳者为多孔状吸附类材料，如沸石、活性炭等。沸石是一种天然矿物，比较廉价，但不同产地的沸石规格不一，性能有好有坏，不是一种理想的载体材料。活性炭(AC) 具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、表面非极性的化学性质以及强吸附特性，是种非常优秀的TiO2载体材料，但其价格相对较高。

总体来看，近几十年来，研究者们在TiO2光催化材料领域的研究已经取得了许多重要的成果，而且许多也已经用于实践。然而，这些技术及相关材料或多或少都存在一些问题。针对于此，本发明公布了一种低成本的负载改性TiO2的光催化陶粒及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载改性TiO2的光催化陶粒及其制备方法。

发明概述

本发明所公开的负载改性TiO2的光催化陶粒，是采用工业污泥、粘土、木屑、氢氧化钙等原材料制成多孔状陶粒，然后通过浸渍法在其表面包覆一层纳米级的改性TiO2制备而成。本发明的原料廉价，工艺简单，所制备的光催化陶粒材料粒径均匀，大小可调，比表面积大，光催化活性高，在紫外——可见光区均有相当高的催化降解能力。

发明详述

本发明所述的所述负载改性TiO2的光催化陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）将污泥、粘土、活性炭、氢氧化钙按一定比例充分混和、搅拌，调制成泥浆，使用造粒机将泥浆制成所需形状的泥粒，晾干成坯。

其中污泥、粘土、木屑、氢氧化钙的比例为（均为重量份）：污泥30-50份，粘土30-50份，木屑10-20份，氢氧化钙10-20份。粘土可为高岭土、膨润土或活性白土。

（2）将步骤（1）制得的泥坯置于高温烧结炉中，得到多孔状陶粒滤料，备用。

具体烧结工艺为：以每小时不超过100℃的速率升温，在炉温达到550-600℃时，保温1.5-2小时，接着以每小时100℃的升温速率继续升温，直到800-1100℃，保温2.5-4小时，停止加热，以每小时150-200℃的速率将炉温降至室温。

（3）以尿素、硫脲、钛酸丁酯、乙醇为原料，采用溶胶-凝胶法制成N和S掺杂的改性TiO2溶胶。

N和S掺杂TiO2溶胶的制备工艺为：按比例将尿素和硫脲溶解在PH值为2的乙醇溶液中，该溶液为A溶液；将钛酸丁酯加入到乙醇配置成混合溶液，该混合溶液为 B溶液；对A溶液进行搅拌，同时将B溶液慢慢滴加到A溶液中，持续搅拌直至形成均匀的溶胶。