[发明专利]氧化铝开孔泡沫陶瓷负载Si掺杂的纳米晶二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的负载技术，具体涉及一种在氧化铝开孔泡沫陶瓷上负载Si掺杂纳米晶二氧化钛(TiO₂)光催化剂及其制备方法，属于光催化功能材料领域。

背景技术

光催化技术研究的核心是光催化剂，光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的一类化学物质，能用做光催化剂的材料包括TiO₂、ZnO、SnO₂、ZrO₂、CdS等多种氧化物硫化物半导体，早年间常使用CdS和ZnO作为光催化材料，但由于其化学性质不稳定限制了其作为光催化材料的广泛使用。TiO₂由于它的强氧化能力、化学性质稳定、无毒性等优点成为最具前景的光催化材料。

在自然界中存在的TiO₂的晶型主要有三种，分别为锐钛矿型(Anatase，四方晶系，)、金红石型(Rutile，四方晶系，)和板钛矿型(Brookite，斜方晶系，)，一般而言，锐钛矿型TiO₂的光催化活性大于金红石型TiO₂的光催化活性，此外，许多研究表明，锐钛矿TiO₂和金红石型TiO₂所形成的混晶结构能表现出更高的光催化活性。例如P25就是由粒径在12–20nm的金红石(20–30％)和锐钛矿(70–80％)组成。

目前研究中应用较多的是呈悬浮状态的TiO₂颗粒，但是因其难于分离、回收而限制了实际应用，因此制备负载型TiO₂光催化剂显得至关重要，负载型光催化剂是指将TiO₂等光催化剂负载固定于载体上而得到的一种复合型光催化材料，目前应用比较多的载体材料主要包括吸附型载体，如活性炭、硅胶、沸石和黏土等；玻璃类载体如玻璃片、玻璃纤维网或布、玻璃滤片、玻璃筒、光导纤维、空心玻璃微球等；陶瓷类载体如A1₂O₃陶瓷片、硅铝陶瓷空心微球、蜂窝状陶瓷柱、泡沫陶瓷等；金属类载体如钛片、不锈钢板、泡沫镍等以及一些有机载体如聚四氟乙烯，石墨烯、氟树脂等。专利CN201410492145.8提供了一种利用化学气相沉积法在氧化铝颗粒表面负载TiO₂纳米层，但并未从根本上解决TiO₂使用后的回收问题；专利CN201310407330.8提供了一种在玻璃表面负载TiO₂的方法，所得到的材料具有比表面积大、催化性能高等特点，但是玻璃纤维的耐腐蚀性却比陶瓷基体要差一些。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种氧化铝开孔泡沫陶瓷负载Si掺杂TiO₂光催化剂及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种氧化铝开孔泡沫陶瓷负载Si掺杂TiO₂光催化剂及其制备方法，包括如下步骤：

(1)配制溶胶：将聚乙酰丙酮合钛固体粉末溶于适量有机溶剂中，并按照一定的掺杂比例加入正硅酸乙酯和聚乙二醇，混合均匀制得稳定透明Si掺杂的聚乙酰丙酮合钛溶胶；

(2)泡沫陶瓷负载：用超声波清洗待负载的氧化铝开孔泡沫陶瓷30min～60min，随后在烘箱中充分烘干；以一定的方法在氧化铝开孔泡沫陶瓷的表面负载上述Si掺杂的聚乙酰丙酮合钛溶胶，随后以一定的方式干燥，获得表面负载一层淡黄色Si掺杂聚乙酰丙酮合钛溶胶薄膜的开孔泡沫陶瓷坯体；

(3)水蒸汽活化烧结：将上述所得表面负载Si掺杂聚乙酰丙酮合钛溶胶薄膜的开孔泡沫陶瓷坯体置于可通入水蒸汽的程序控制热处理炉中，以一定的热处理工艺进行水蒸汽气氛活化烧结，之后随炉冷却，即完成一次负载和活化烧结过程；

(4)多次负载烧结：继续重复上述负载和水蒸汽活化烧结过程3～4次，最终得到本发明的氧化铝开孔泡沫陶瓷负载Si掺杂的纳米晶TiO₂光催化剂。

进一步地，所述步骤(1)中，有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或它们的混合溶液；聚乙二醇选用PEG600。

进一步地，所述步骤(1)中，将聚乙酰丙酮合钛溶于有机溶剂时，Ti⁴⁺的浓度控制在0.5～4mol/L；正硅酸乙酯按照摩尔比Si⁴⁺:Ti⁴⁺＝5～30:100的比例掺入；聚乙二醇按照摩尔比PEG600:Ti⁴⁺＝3～7:100的比例掺入。