[发明专利]固体超强酸光催化剂

说明书

本发明涉及一种用于光催化治理环境污染的固体超强酸光催化剂。具体的说，是一种以二氧化钛或含二氧化钛的二元复合氧化物为基体的固体超强酸光催化剂。

光催化氧化作为一种潜在和理想的环境污染治理技术，近年来在国内外被广泛研究。目前的研究大多局限在使用常规二氧化钛光催化剂，由于其量子效率较低(～4％)，使得该技术的广泛应用受到制约。

中国专利91100542.0公开了一种由合金-卤素和适量溶剂组成的固体超强酸烷烃裂解反应催化剂。中国专利96115289.3公开了一种分子筛型固体超强酸及其制备方法，其主体是氢型ZSM-5、ZSM-11、或β分子筛，这种分子筛固体超强酸用于低温甲醇脱水和正丁烷异构化。上述两个专利公开的固体超强酸催化剂都是用于常规的石油化工催化反应，而不是作为光催化剂使用。文献检索表明，到目前为止国内外尚无将固体超强酸催化剂用于有机物光催化氧化及环境污染治理的报道。

本发明的目的在于为空气和水质的光催化净化处理过程提供一种具有氧化分解有机污染物、杀菌、还原重金属离子作用的固体超强酸高效光催化剂。

本发明的目的是这样实现的：以溶胶-凝胶法制备的多孔性、大比表面半导体氧化物二氧化钛或含二氧化钛的二元复合氧化物为基体，经过硫酸或硫酸盐溶液浸渍、干燥和高温煅烧制备而成。本发明的固体超强酸光催化剂为含有硫酸根(SO₄^-2)的多孔性、大比表面单一半导体氧化物如SO₄^-2/TiO₂和含有硫酸根的多孔性、大比表面二元复合氧化物如SO₄^-2/TiO₂-SiO₂、SO₄^-2/TiO₂-ZrO₂、SO₄^-2/TiO₂-Al₂O₃。其表面酸性H₀＜11.94，孔隙率＞30％，比表面为100-500米²/克。催化剂的具体制备方法如下：

1．多孔性、大比表面基体和负载膜基体的制备方法：

(1)二氧化钛基体的制备，是采用溶胶-凝胶法，在酸性条件(PH＜5)或碱性条件(PH＞7)下将钛的醇盐(例如钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯)水解，得到均匀透明的溶胶。通过渗析法或酸碱中和法调节溶胶的PH值并经40-120℃干燥后得到干凝胶，将干凝胶于120-600℃高温热处理制得多孔性、大比表面TiO₂基体；

(2)含二氧化钛的二元复合氧化物基体的制备，有两种方法。制备方法1是先将两种不同组分的相应醇盐(钛、硅、锆和铝的醇盐)按一定比例均匀混合，然后在酸性(PH＜5)或碱性(PH＞7)的条件下水解成溶胶、调节溶胶PH值、并经40-120℃干燥后得到干凝胶，将干凝胶于120-600℃高温热处理制得多孔性、大比表面含二氧化钛的二元复合氧化物基体。制备方法2是将钛、硅、锆、铝的醇盐在酸性(PH＜5)或碱性(PH＞7)的条件下水解成透明的单一组分的溶胶，然后将其中两种溶胶按所需比例均匀混合，再经过调节溶胶PH值、并经40-120℃干燥后得到干凝胶，将干凝胶于120-600 ℃高温热处理制得多孔性、大比表面含二氧化钛的二元复合氧化物基体。在含二氧化钛的二元复合氧化物基体中TiO₂的含量为60-99.9％(重量比)，另一种氧化物组分(SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃)的含量为0.1-40％(重量比)。

(3)二氧化钛和含二氧化钛的二元复合氧化物负载膜基体的制备，是将方法(1)、(2)中制备的经过或未经过调节PH值的二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元复合氧化物溶胶采用离心、浸渍、喷涂等方法镀在玻璃、陶瓷或其它载体表面，再经干燥和高温热处理步骤即可制得膜厚为0.01微米-1毫米的负载膜基体。

2.催化剂的制备方法

将上述方法(1)、(2)、(3)制备的二氧化钛基体、二元复合氧化物基体和各种负载膜基体分别用0.01-2M(摩尔浓度)的硫酸或硫酸盐溶液浸渍后，在40-120℃干燥并经200-800℃高温煅烧即得到本发明的固体超强酸光催化剂。催化剂中硫酸根含量为0.1-20％(重量比)。