TiO₂-粉煤灰光催化材料的制備方法

專利名稱：TiO₂-粉煤灰光催化材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種光催化材料的制備方法。
背景技術：
目前對半導體光催化材料有兩種形態，顆粒狀光催化材料和固定在載體上 的光催化膜。但是光催化膜的比表面積小，沒有顆粒狀光催化材料的比表面積 大，所以光催化膜的光催化效率沒有顆粒狀光催化材料的光催化效率高。而顆
粒狀光催化材料的粒徑太小(顆粒狀光催化材料平均粒徑為0.258pm)，難于 從反應混合物中分離回收出來，造成顆粒狀光催化材料的流失率大。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是為了解決光催化膜的比表面積小導致催化 效率低的問題和顆粒狀光催化材料的粒徑太小導致難于分離回收的問題，提供 了一種Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法。
本發明Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法如下 一、按照1 : 4的摩爾比 將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯攪拌25 35min，即得到 Ti02溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1 5: 1的質量比混 合，然后在溫度為130 17(TC的條件下烘干0.5 1.5h，再在溫度為380 620°C 的條件下加熱lh，即得Ti02-粉煤灰光催化材料；其中步驟一中乙酰乙酸乙酯 加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量的2% 5%。
采用本發明方法得到的Ti02-粉煤灰光催化材料表面由顆粒和顆粒團聚體 構成，并且具有一些尺度的孔洞，這種結構增加了表面積，有利于光催化作用， 并且有利于回收，本發明方法得到的Ti02-粉煤灰光催化材料降解TOC的降解 率達到35%以上。


圖1是具體實施方式
二中的降解效率對比圖。圖2是具體實施方式
十四所 得的Ti02-粉煤灰光催化材料表面形貌圖。圖3是具體實施方式
十四中所得的 Ti02-粉煤灰光催化材料的XRD圖譜，圖中x代表Ti02， o代表Fe203。圖4 是具體實施方式
十四中所得的Ti02-粉煤灰光催化材料能譜分析圖。
具體實施例方式
本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式中Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法如下
一、按照1 : 4的摩爾比將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯 攪拌25 35min，即得到Ti02溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液 按照1 5: 1的質量比混合，然后在溫度為130 17(TC的條件下烘干0.5 1.5h， 再在溫度為380 62(TC的條件下加熱lh，即得Ti02-粉煤灰光催化材料；其中 歩驟一中乙酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量 的20/0 5%。
本實施方式中的粉煤灰來源于哈爾濱呼蘭發電廠，粉煤灰的粒徑為0.5 300(im。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是Ti02-粉煤灰光 催化材料的制備方法如下 一、按照1 : 4的摩爾比將鈦酸四丁酯溶于無水乙 醇中，再加入乙酰乙酸乙酯攪拌28min，即得到Ti02溶膠-凝膠液；二、將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1 5: 1的質量比混合，然后在溫度為15(TC的條 件下烘干lh，再在溫度為49(TC的條件下加熱lh，即得Ti02-粉煤灰光催化材 料；其中步驟一中乙酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙 酯總質量的3.5%。
將本實施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料與Ti02光催化膜分別檢測哈 爾濱自來水廠過濾之后的水，然后在哈爾濱市水質監測中心做TOC(總有機碳 含量)分析。降解效率對比圖如圖1所示。由圖1看出Ti02光催化劑降解TOC 的降解率為20%，而本實施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料降解TOC的降 解率可達35%以上。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中攪拌時 間為27 33min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中攪拌時 間為28 32min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中攪拌時 間為29 31min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中攪拌時
間為26 34min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.8~4: 1的質量比混合。其它與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.5~3.5: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.6 3.4: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉煤 灰與TK)2溶膠-凝膠液按照1.7~3.3: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
十一:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照L8 3.2: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.9 3.1: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十三:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉煤灰 與Ti02溶膠-凝膠液按照3: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十四:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照2: 1的質量比混合。其它與具體實施方式
一相同。
將本實施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料在真空度為1(T3 1(T5條件 下鍍金處理5min，然后將金屬薄膜作為襯底材料的Ti02-粉煤灰光催化材料， 用S4700型號日立公司掃描電鏡分析儀器，在放大倍數為800倍的條件下進行 表面形貌觀測，由表面形貌圖(圖2)可以觀察到Ti02-粉煤灰光催化材料表 面由顆粒和顆粒團聚體構成，并且具有一些尺度的孔洞，這種結構增加了表面積，有利于光催化作用。
將本實施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料采用日本理學電機D/max-ni B型X射線衍射儀上進行物相分析(其中工藝參數如下加速電壓為40KV，采 用CuKa靶輻射，以50/min的速度掃描，2 9收集范圍為1(T 65° 。)，圖3是1102-粉煤灰光催化材料的XRD圖譜，將圖3與標準X射線衍射數據比較，確認所得 Ti02-粉煤灰光催化材料中的Ti02為銳鈦礦型，它具有光催化活性，TiCV粉煤 灰光催化材料XRD曲線上的特征峰是Ti02峰。根據謝勒公式
d =-
估算出TiO2-粉煤灰光催化材料的粒徑大小為15.08nm。 25.56° 、 38.12° 、 48.30分別對應(101)、 (004)、 (200)晶面的衍射峰。由圖3看出1102-粉煤灰光催 化材料中Ti02的衍射峰值相對于純相Ti02的峰值有所減弱，Ti02的衍射峰都向 低角度方向移動，并且峰強降低，同時只在大角度處發現了Fe203的特征峰。 這是因為粉煤灰中的F^+取代了部分T產進入到Ti02中，并且粉煤灰中的F^ 比純Ti02的衍射峰寬，F 取代了部分Ti"進入到Ti02中，會阻礙1102的晶粒的 生長，從而導致晶粒尺寸的減少，在大角度處發現了Fe203的特征峰是因為 Fe203量較少，小角度處被含量較大的Ti02掩蓋的結果。
由本實施方式所得的Ti02-粉煤灰光催化材料能譜分析圖(圖4)可知Ti02-粉煤灰光催化材料的主要成分是Fe、 Si、 O，它們的原子含量分別為21.87%， 29.83%， 17.79%，有少量的Al、 K、 Cu等元素，這些微量元素的滲入相當于 在Ti02中引入一些雜質，而這些雜質的引入將會引起Ti02晶格的變化，從而 提高Ti()2的光催化活性。
具體實施方式
十五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粉 煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照2.5: l的質量比混合。其它與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
十六:本實施方式與具體實施方式
一、七、八、十三或十四 不同的是步驟二中烘干溫度為140 160°C。其它與具體實施方式
一、七、八、 十三或十四相同。
具體實施方式
十七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中烘干 溫度為145 155°C。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十八:本實施方式與具體實施方式
一、七、八、十三或十四 不同的是步驟二中烘干溫度為150°C。其它與具體實施方式
一、七、八、十三 或十四相同。
具體實施方式
十九:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中烘干 時間為0.6 1.4h。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中烘干 時間為0.7 1.3h。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十一:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中烘 千時間為0.8 1.2h。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中烘 干時間為0.9~l.lh。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十三:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中烘 干時間為lh。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十四:本實施方式與具體實施方式
一、七、八、十三或十 四不同的是步驟二中的加熱溫度為400 60(TC。其它與具體實施方式
一、七、 八、十三或十四相同。
具體實施方式
二十五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為410 58(TC。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十六:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為420 57(TC。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為430~560°C。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十八:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為440 550°C。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二十九:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的 加熱溫度為450 540°C。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的加 熱溫度為460 53(TC。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十一:本實施方式與具體實施方式
一不同的是歩驟二中的 加熱溫度為470 520。C。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的
加熱溫度為480 51(TC。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十三:本實施方式與具體實施方式
一、七、八、十三或十 四不同的是步驟二中的加熱溫度為50(TC。其它與具體實施方式
一、七、八、 十三或十四相同。
具體實施方式
三十四:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量的 2.5% 4.5%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量的 2.8% 4.2%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十六:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量的3% 4%。 其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中乙 酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量的3.5%。 其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三十八:本實施方式與具體實施方式
一、七、八、十三或十 四不同的是步驟一中攪拌時間為30min。其它與具體實施方式
一、七、八、十 三或十四相同。
權利要求
1、TiO2-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在于TiO2-粉煤灰光催化材料的制備方法如下一、按照1∶4的摩爾比將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯攪拌25～35min，即得到TiO2溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與TiO2溶膠-凝膠液按照1～5∶1的質量比混合，然后在溫度為130～170℃的條件下烘干0.5～1.5h，再在溫度為380～620℃的條件下加熱1h，即得TiO2-粉煤灰光催化材料；其中步驟一中乙酰乙酸乙酯加入量為鈦酸四丁酯、無水乙醇和乙酰乙酸乙酯總質量的2％～5％。
2、 根據權利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征 在于步驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.8 4: 1的質量比混合。
3、 根據權利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在 于步驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照1.5 3.5: 1的質量比混合。
4、 根據權利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在 于歩驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照2: 1的質量比混合。
5、 根據權利要求1所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備方法，其特征在 于步驟二中將粉煤灰與Ti02溶膠-凝膠液按照3: 1的質量比混合。
6、 根據權利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于步驟二中烘干溫度為140 160°C。
7、 根據權利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于歩驟二中烘干溫度為15(TC。
8、 根據權利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于步驟二中加熱溫度為400~600°C。
9、 根據權利要求l、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制備 方法，其特征在于步驟二中加熱溫度為50(TC。
10、 根據權利要求1、 2、 3、 4或5所述的Ti02-粉煤灰光催化材料的制 備方法，其特征在于步驟一中攪拌時間為30min。
全文摘要
TiO₂-粉煤灰光催化材料的制備方法，它涉及一種光催化材料的制備方法。本發明解決了光催化膜的比表面積小導致催化效率低的問題和顆粒狀光催化材料的粒徑太小導致難于分離回收的問題。本發明方法如下一、將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯后攪拌，即得到TiO₂溶膠-凝膠液；二、將粉煤灰與TiO₂溶膠-凝膠液混合，然后烘干、加熱，即得TiO₂-粉煤灰光催化材料。采用本發明方法得到的TiO₂-粉煤灰光催化材料表面由顆粒和顆粒團聚體構成，有一些尺度的孔洞，增加了表面積，有利于光催化作用，有利于回收，降解TOC的降解率達到35％以上。
文檔編號B01J21/00GK101543773SQ20091007197
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者鞠春華 申請人:哈爾濱工業大學