[发明专利]一种泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料及其制备方法，以泡沫镍作为基体，将钛酸锌//电气石光/模版剂混合悬浊液均匀涂覆薄层形成了钛酸锌/电气石/模版剂复合载体，经模板剂溶出液浸泡溶出后烘干，形成泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料。首先以聚四氟乙烯(PTFE)和乙醇形成悬浊液A，再将一定比例的钛酸锌、电气石、模版剂放入到悬浊液A中，形成悬浊液B，然后将悬浊液B均匀的涂覆到泡沫镍上，烘干后将其浸泡到模板剂溶出液中进行模板剂溶出，接着用去离子水冲洗、烘干，最后得到负载型泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料。本发明实现了泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料的制备，材料之间结合力牢固，所得的产品紫外光区段下，对有机物降解均具有较高的催化活性，具有使用寿命长、容易回收、无二次污染等显著优点；整个工艺操作简单、周期短、节约能源、制造成本低。本发明涉及一种水处理光催化材料。

技术领域

本发明涉及一种水处理光催化材料，一种泡沫镍负载钛酸锌/电气石光催化材料及其制备方法。

背景技术

纳米TiO₂粉体在近些年来的研究中已经被证实是一种高效、无毒、稳定的光催化材料，无论是在液相反应还是气相反应中都具备有良好的光催化活性，但由于TiO₂禁带宽度较宽(3.2eV锐钛矿相，3.0eV金红石相)，使其只能吸收占太阳光总能量很少的紫外光。同时因TiO₂光生电子与空穴复合快，导致其光量子效率低。目前研究人员采用过渡金属离子掺杂、半导体复合等方法拓宽其光响应区域，抑制光生电子与空穴复合来提高其光催化性能。

近年来研究者发现ABO₃型的钙钛矿型复合氧化物结构，具有多种特殊的物理和化学性质。由于其稳定的晶体结构，优越的电磁性能和高催化活性，被广泛应用于环境保护和工业催化领域。钛酸锌(ZnTiO₃)是一种典型钙钛矿型物质，其纳米粉体在污染物降解方面表现出良好的光催化性能，具有较好的应用前景广。Xin等人在文章《Synthesis andcharacterization of ZnTiO₃ with high photocatalytic activity》中通过水热法和离子交换法制备了钙钛矿型ZnTiO₃，在700℃下煅烧3h得到ZnTiO₃粉末。经过20min氙光照射后，ZnTiO₃(0.3g/L)对15mg/L的甲基橙溶液的降解率为95.3％，在相同反应条件下，高于商用催化剂P25。姚志富等人在学位论文《钛酸锌基光催化材料的制备及其光催化性能研究》中通过溶胶凝胶法制备立方相ZnTiO₃，500W氙灯照射150min后，亚甲基蓝的降解率可达75.3％，表现出良好的光催化性能。Chengcheng等人在文章《fibers prepared byelectrospinning and their photocatalytic properties》中通过溶胶-凝胶、静电纺丝和煅烧技术相结合的方法制备珠状ZnTiO₃纤维，700℃下煅烧3.5小时下可获得。模拟太阳光照3h可将甲基紫降解完全。Yue等人在文章《Synthesis and characterization ofmesoporous ZnTiO₃rods via a polyvinylpyrrolidone assisted sol–gel method》中以PVP为模板剂，通过溶胶-凝胶法制备介孔ZnTiO₃棒，紫外光照射70min后，对罗丹明B的降解率可达97％。

但是由于粉末状的纳米ZnTiO₃颗粒细微、悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒、难以回收、催化剂活性成分损失较大、不利于催化剂的再生和再利用等缺点，制约了其在实际中的广泛得应用。为解决纳米粉体催化剂难回收等问题，以及进一步提高其光催化活性，近年来研究者采用光催化剂固定化法，将粉体光催化剂负载于载体上，实现催化剂与处理液有效分离，同时克服悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒等缺点。目前已经应用的载体材料有陶瓷、不锈钢、空心玻璃珠等，陶瓷、玻璃空心球易碎，不锈钢比重大且贵，难以工业化应用。因此特性优良的光催化剂载体越来越受到研究者的关注。