[发明专利]凹凸棒石负载准一维二氧化钛复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料和光催化技术领域，具体是一种凹凸棒石负载准一维二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术在降解污染物方面的应用己成为当今各国环境保护领域研究的热点之一。在众多半导体光催化剂中，纳米二氧化钛TiO₂因其无毒、低廉、化学性质稳定、催化效率高、无二次污染、应用范围广等突出优点而倍受关注。纳米TiO₂光催化剂的使用主要有两种形式，即直接使用纳米TiO₂粒子悬浮在溶液中进行催化反应的悬浮体系和将纳米TiO₂负载在载体基材上进行催化反应的负载体系。以悬浮体系为主的光催化存在的问题是将TiO₂从水中分离出来需要额外的装置且难以经济有效地分离，存在难于分散、回收等实际应用困难。同时在运行过程中由于小尺寸效应，纳米TiO₂在分散体系中存在易团聚、沉降流失现象导致光利用率低。另外，有机污染物一般浓度低，在TiO₂光催化剂表面的吸附性差，实际应用中存在光催化降解速度慢，需要较长时间才能达到完全降解的缺点。这些问题限制了悬浮纳米TiO₂光催化剂的应用和发展。

近年来采用比表面积大、多孔的惰性吸附剂作为载体与纳米TiO₂复合制备催化剂成了TiO₂光催化研究领域中一个重要发展趋势和方向。常用的与纳米TiO₂复合吸附活性载体材料包括合成分子筛、活性炭、沸石、海泡石、各种合成纳米孔材料等。

凹凸棒石又称坡缕石，是一种具有层链状晶体结构的含水富镁铝硅酸盐天然纳米矿物材料，其透射电镜照片可参阅图1，其具有低维、纳米尺度（晶体直径一般为40～50nm，长度几百纳米至几微米，具有很大的外比表面积和内比表面积）、含有纳米级孔道结构、含有结晶水等结构特点和优良的吸附、离子交换、耐腐蚀、耐氧化、高温物理化学性能稳定及轻质（2.0～3.0g/cm³）等性能，还具有来源广泛、价格低廉的优势（以安徽省明光市富产的凹凸棒石为例，提纯过后的粉体2008年的市场价为每吨1000元左右），是一种极具潜力的催化剂载体材料。

专利号为ZL2010102704468的发明专利，公开了一种PS-TiO₂-ATP有机/无机复合薄膜的制备方法，是首先将PS溶解在C₆H₁₂中得到A溶液，其次纳米TiO₂/ATP复合粉体分散在C₆H₁₂中得到B溶液，然后将A溶液和B溶液进行超声混合得到C溶液，最后在已清洗的薄片上倒入C溶液，旋涂成膜，自然晾干，经100～110℃热处理，获得PS-TiO₂-ATP有机/无机复合薄膜。该薄膜可应用于光催化、太阳能薄膜电池、光电转换、热电转换、电磁屏蔽、微波吸收等场合。

专利号为ZL2008100208841的发明专利，公开了一种纳米二氧化钛/凹凸棒土复合材料的制备方法，是先将凹凸棒土加入到去离子水中配制成浆体；再向纳米二氧化钛前驱体中加入凹凸棒土浆体，形成纳米二氧化钛/凹凸棒土复合粒子组成的蓝白色胶液；最后用碱性溶液将胶液调节pH值，再过滤反复洗涤以除去滤饼中的杂质离子；将所得的滤饼干燥，制备成纳米二氧化钛/凹凸棒复合材料粉体。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明旨在解决传统悬浮体系纳米二氧化钛光催化剂易团聚、难分散、光催化效率低，以及光降解结束后分离回收难的技术缺陷，提供了一种凹凸棒石负载准一维二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，可使准一维松针状形貌的纳米级TiO₂均匀地分散在凹凸棒石表面上，避免了TiO₂颗粒的团聚，因此不会出现因团聚效应所引起的TiO₂光催化剂比表面积的减小和光催化性能下降的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种凹凸棒石负载准一维二氧化钛复合光催化剂，该复合光催化剂的载体为凹凸棒石，所述凹凸棒石的表面均匀分布有呈松针形貌的纳米级二氧化钛颗粒。

凹凸棒石负载准一维二氧化钛复合光催化剂的制备方法，包括纳米二氧化钛的水解沉淀负载及后续热处理过程，具体步骤如下：

①、配制10～50g/L凹凸棒石去离子水悬浮液I；