專利名稱：一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，屬于納米材料和空氣凈化領域。
背景技術：
丙酮(C3H6O)是ー種常見的揮發性有機污染物，是對人體危害較大的氣體污染物之一，主要產生于エ業生產過程、機動車尾氣和室內裝飾材料中。國家標準(TJ36-79)明確規定，車間和居住區空氣中丙酮的最高允許濃度分別為0. 4g/m3和8X 10_4g/m3。如果空氣中丙酮超標，就會嚴重威脅人們的身體健康，主要表現在刺激呼吸道和中樞神經系統，引起支氣管炎和頭痛，長期吸入還會嚴重刺激鼻腔和眼部，產生畏光、暈眩等癥狀。對于揮發性有機污染物的控制，通常采用的方法有吸附法、焚燒法、冷凝法和膜分 離法。這些傳統的治理方法存在一定的缺點，如易產生二次污染、能耗高等。自20世紀90年代以來，利用光催化技術降解低濃度揮發性污染物成為大氣污染控制的新方法。能夠作為光催化劑的材料眾多，例如ニ氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)等，其中TiO2以其氧化能力強、化學穩定性高、無二次污染等優點，得到了廣泛的研究。但在實際應用中TiO2存在難回收，成本高等缺點。如何降低催化劑的應用成本，進ー步提高TiO2的光催化活性，成為學者們研究的重點。在揮發性有機污染物控制方面，目前尚無Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑降解空氣中丙酮的專利或報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，該方法制備出的復合光催化劑具有催化活性高、成本低廉的特點。 為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟
①配制Cu的前驅液稱取2.046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成0. 12M的CuCl2溶液，得到Cu的前驅液；
②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對凹凸棒石進行改性稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液；按十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與凹凸棒石的質量比為I: I 1:10，稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h,超聲分散15min,洗漆至無Br _ (用0. IM的AgCl溶液檢測),70° C干燥,研磨,得到改性凹凸棒石；
③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I.5:1，在25° C攪拌的條件下，將4. 4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子的摩爾比為1:1000 5:1000,加入Cu的前驅液，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/TiO2溶膠；④按TiO2與改性凹凸棒石的配比為20mmol/g,稱取2g改性凹凸棒石,加入去離子水中，配制濃度為0. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液；
⑤在70°C恒溫和劇烈攪拌的條件下，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. 0±0. 1，得到沉淀物；
⑥將上述沉淀物在70°C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑(或稱納米Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑)。所述超聲分散的功率為60W，頻率為40kHz。所述劇烈攪拌是指攪拌轉速為650 700r/min。對于使用后的復合光催化劑恢復活性的方法是將使用后的復合光催化劑于 200° C下烘干4h，即可恢復其光催化活性。凹凸棒石是ー種層鏈狀結構的富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，具有較強的吸附能力和較高的離子交換能力，廉價易得，可作為光催化劑的良好載體。本發明利用有機改性的凹凸棒石作為光催化劑的載體，不僅能夠提高催化劑對有機物的降解效率，還能降低催化劑的應用成本。在提高TiO2光催化活性方面，研究者提出了一系列的改性方法，主要包括離子摻雜、貴金屬沉積、半導體復合等方式。其中離子摻雜包括金屬摻雜和非金屬摻雜，適量摻雜Fe3+、Cu2+等金屬離子可以大大提高TiO2的光催化活性。本發明的有益效果是
①本發明的復合光催化劑以改性凹凸棒石為載體，原料來源廣泛，成本低廉。②采用本發明的復合光催化劑催化降解空氣中的丙酮，在相同實驗條件下，降解效果相比單純的Ti02、TiO2/改性凹凸棒石復合光催化劑和以凹凸棒石原土為載體的Cu/TiO2/凹凸棒石復合光催化劑，其降解速率明顯提高。本發明具有催化活性高的特點。③該催化劑穩定性好，再生后仍具有較高的光催化活性。
圖I為實施例I得到的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑的XRD圖。圖2為實施例I得到的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑的TEM圖。圖3為丙酮降解效果對比圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實例進ー步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實例。實施例I :
一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
①配制Cu的前驅液稱取2. 046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成0. 12M的CuCl2溶液，得到Cu的前驅液。②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對凹凸棒石進行改性稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液。按十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與凹凸棒石的質量比為1:5，稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h,超聲分散15min,洗漆至無Br _ (用0. IM的AgCl溶液檢測),70° C干燥,研磨,得到改性凹凸棒石。③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I. 5:1，在25° C攪拌的條件下，將4. 4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子摩爾比為3:1000，加入Cu的前驅液(即0. 12M的CuCl2溶液)，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/Ti02溶膠。④按TiO2與改性凹凸棒石配比為20mmol/g，稱取2g改性凹凸棒石，加入去離子水中，配制0. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液。⑤在70° C恒溫和劇烈攪拌的條件下(攪拌轉速為650 700r/min,以下實施例相同)，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫、陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. 0±0. 1，得到沉淀物。⑥將上述沉淀物在70° C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑(或稱納米Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑)。由Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑的XRD圖(如圖I所示)可知，Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑中TiO2以銳鈦礦相存在。由催化劑TEM圖(如圖2所示)可知，催化劑中存在CuO。將本實例制備的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑在紫外光條件下用于降解空氣中的丙酮。實驗采用2個18W紫外光燈(波長為365nm)照射，紫外光燈中心距催化劑6cm，催化劑投加量為0. 15g/L，丙酮注射量為I. 4 y L/L，達到吸附平衡后，打開紫外燈開始降解實驗。在相同實驗條件下，分別用Ti02、Ti02/改性凹凸棒石及Cu/Ti02/凹凸棒石復合光催化劑做對比實驗，結果如圖3所示。該實施例制得的光催化劑對空氣中的丙酮具有良好降解效果，降解6h后，丙酮去除率達到90. 32%。實施例2
一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
①配制Cu的前驅液稱取2. 046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成0. 12M的CuCl2溶液，得到Cu的前驅液。②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對凹凸棒石進行改性稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液。按十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與凹凸棒石的質量比為1:5，稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h,超聲分散15min,洗漆至無Br _ (用0. IM的AgCl溶液檢測),70° C干燥,研磨,得到改性凹凸棒石。③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I. 5:1，在25° C攪拌的條件下，將4. 4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子摩爾比為5:1000，加入Cu的前驅液(即0. 12M的CuCl2溶液)，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/Ti02溶膠。④按TiO2與改性凹凸棒石配比為20mmol/g，稱取2g改性凹凸棒石，加入去離子水中，配制0. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液。⑤在70° C恒溫和劇烈攪拌的條件下，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. 0±0. 1，得到沉淀物。⑥將上述沉淀物在70° C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑(或稱納米Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑)。將本實例制備的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑在紫外光條件下用于降解空氣中的丙酮。實驗采用2個18W紫外光燈(波長為365nm)照射，紫外光燈中心距催化劑6cm，催化劑投加量為0. 15g/L，丙酮注射量為I. 4 y L/L，達到吸附平衡后，打開紫外燈開始降解實驗。降解6h后，丙酮去除率達到74. 06%。
實施例3
一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
①配制Cu的前驅液稱取2. 046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成0. 12M的CuCl2溶液，得到Cu的前驅液。②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對凹凸棒石進行改性稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液。按十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與凹凸棒石的質量比為1:1，稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h,超聲分散15min,洗漆至無Br _ (用0. IM的AgCl溶液檢測),70° C干燥,研磨,得到改性凹凸棒石。③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I. 5:1，在25° C攪拌的條件下，將4. 4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子摩爾比為3:1000，加入Cu的前驅液，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/Ti02溶膠。④按TiO2與改性凹凸棒石配比為20mmol/g,稱取2g改性凹凸棒石,加入去離子水中，配制0. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液。⑤在70° C恒溫和劇烈攪拌的條件下，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. 0±0. 1，得到沉淀物。⑥將上述沉淀物在70° C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑(或稱納米Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑)。將本實例制備的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑在紫外光條件下用于降解空氣中的丙酮。實驗采用2個18W紫外光燈(波長為365nm)照射，紫外光燈中心距催化劑6cm，催化劑投加量為0. 15g/L，丙酮注射量為I. 4 y L/L，達到吸附平衡后，打開紫外燈開始降解實驗。降解6h后，丙酮去除率達到66. 02%。實施例4
一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
①配制Cu的前驅液稱取2. 046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成0. 12M的CuCl2溶液(即得到Cu的前驅液)。 ②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB )對凹凸棒石進行改性，稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液。按十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與凹凸棒石的質量比為1:5，稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h，超聲分散15min，洗滌至無Br ~ (用0. IM的AgCl溶液檢測)，70° C干燥，研磨，得到改性凹凸棒石。
③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I. 5:1，在25° C攪拌的條件下，將4. 4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子摩爾比為1:1000，加入Cu的前驅液，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/Ti02溶膠。④按TiO2與改性凹凸棒石配比為20mmol/g，稱取2g改性凹凸棒石，加入去離子水中，配制0. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液。⑤在70° C恒溫和劇烈攪拌的條件下，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. 0±0. 1，得到沉淀物。⑥將上述沉淀物在70° C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑(或稱納米Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑)。將本實例制備的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑在紫外光條件下用于降解空氣中的丙酮。實驗采用2個18W紫外光燈(波長為365nm)照射，紫外光燈中心距催化劑6cm，催化劑投加量為0. 15g/L，丙酮注射量為I. 4 y L/L，達到吸附平衡后，打開紫外燈開始降解實驗。降解6h后，丙酮去除率達到78. 95%。實施例5
一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
①配制Cu的前驅液稱取2. 046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成0. 12M的CuCl2溶液(即得到Cu的前驅液)。②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對凹凸棒石進行改性稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液。按十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與凹凸棒石的質量比為1:10，稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h,超聲分散15min,洗漆至無Br _ (用0. IM的AgCl溶液檢測),70° C干燥,研磨,得到改性凹凸棒石。③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I. 5:1，在25° C攪拌的條件下，將4. 4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子摩爾比為3:1000，加入Cu的前驅液，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/Ti02溶膠。④按TiO2與改性凹凸棒石配比為20mmol/g,稱取2g改性凹凸棒石,加入去離子水中，配制0. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液。⑤在70° C恒溫和劇烈攪拌的條件下，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. 0±0. 1，得到沉淀物。⑥將上述沉淀物在70° C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑(或稱納米Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑)。將本實例制備的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑在紫外光條件下用于降解空氣中的丙酮。實驗采用2個18W紫外光燈(波長為365nm)照射，紫外光燈中心距催化劑6cm，催化劑投加量為0. 15g/L，丙酮注射量為I. 4 y L/L，達到吸附平衡后，打開紫外燈開始降解實驗。催化降解6h后，丙酮去除率達到65. 03%。實施例6
實施例I所制備的復合光催化劑，在使用后，回收，于200° C下恒溫干燥4h，研磨，得、到再生后的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑。將再生后的Cu/Ti02/改性凹凸棒石復合光催化劑在紫外光照射條件下用于降解空氣中的丙酮。實驗采用2個18W紫外光燈(波長為365nm)照射，紫外光燈中心距催化劑6cm，催化劑投加量為0. 15g/L，丙酮注射量為I. 4 y L/L，達到吸附平衡后，打開紫外燈開始 降解實驗。按此再生步驟及降解實驗步驟，將催化劑循環三次后，其對丙酮光催化降解6h的去除率為78. 36%，說明催化劑仍保持較高的光催化活性。
權利要求
1.一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟 ①配制Cu的前驅液稱取2.046gCuCl2*H20，溶于IOOmL去離子水中，配制成O. 12M的CuCl2溶液，得到Cu的前驅液； ②選取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對凹凸棒石進行改性稱取凹凸棒石加入去離子水中，配成濃度為lwt%的凹凸棒石懸濁液；按十六烷基三甲基溴化銨與凹凸棒石的質量比為1:1 1:10，稱取十六烷基三甲基溴化銨加入凹凸棒石懸濁液中，70° C攪拌2h，超聲分散15min，洗滌至無Br'70° C干燥，研磨，得到改性凹凸棒石； ③以TiCl4為鈦源，按HCl與TiCl4的摩爾比為I.5:1，在25° C攪拌的條件下，將4.4mLTiCl4逐滴加入到9. 8mL6M的HCl中，然后按Cu離子與Ti離子的摩爾比為1:1000 5:1000,加入Cu的前驅液，再加入50ml去離子水，持續攪拌30min，室溫陳化6h，制得Cu/TiO2溶膠； ④按TiO2與改性凹凸棒石的配比為20mmol/g,稱取2g改性凹凸棒石,加入去離子水中，配制濃度為O. 4wt%的改性凹凸棒石懸濁液，室溫下攪拌2h，得到改性凹凸棒石懸濁液； ⑤在70°C恒溫和劇烈攪拌的條件下，將Cu/Ti02溶膠以lmL/min的速度滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，繼續攪拌4h，室溫陳化12h，離心水洗至上清液pH為2. O ±O. 1，得到沉淀物； ⑥將上述沉淀物在70°C下干燥，研磨，400° C焙燒2h，得到降解空氣中丙酮的復合光催化劑。
2.根據權利要求I所述的一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，其特征在于所述超聲分散的功率為60W，頻率為40kHz。
3.根據權利要求I所述的一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，其特征在于所述劇烈攪拌是指攪拌轉速為650 700r/min。
全文摘要
本發明涉及一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法。一種降解空氣中丙酮的復合光催化劑的制備方法，其主要技術特征包括①配制Cu的前驅液；②按質量比為1:1～1:10，分別稱取十六烷基三甲基溴化銨和凹凸棒石配制懸濁液，攪拌及超聲分散，洗滌干燥，得到改性凹凸棒石；③按HCl與TiCl4摩爾比為1.5:1，將TiCl4加入HCl中；按Cu與Ti摩爾比為1:1000～5:1000，加入Cu的前驅液，制得Cu/TiO2溶膠；④將Cu/TiO2溶膠滴加到改性凹凸棒石懸濁液中，攪拌，陳化，洗滌，得到沉淀物；⑤沉淀物干燥研磨，焙燒，得到產品。該制備方法簡單易行，成本較低；制備出的復合光催化劑能高效降解空氣中的丙酮，且再生后仍具備良好的光催化性能。
文檔編號B01D53/72GK102658140SQ20121011230
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者張高科, 王鶴 申請人:武漢理工大學