專利名稱：一種金屬網固載的納米TiO的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬網固載的納米TiO2光催化劑及制備。
環境污染的控制與治理是近五年來迅速發展的光催化技術的重要議題。納米TiO2粉體作為一種高效、無毒和使用壽命長的光催化劑，能將水中的多種有機物徹底氧化為CO2和H2O，無二次污染，近年來倍受人們關注。人們已在如何提高TiO2活性方面做了許多卓有成效的工作。但是，由于大都局限在懸浮體系，催化劑活性雖然高，但易流失，且與水難分離，運行成本也較高，很難在實際中得以大規模的應用。
目前，國內外對催化劑的固載化工作一方面集中在玻璃、陶瓷、高分子膜和各類管道的內壁等固體上(如日本專利JP10103585A)，并相應的提出不少行之有效的固定化技術，如溶膠凝膠法、偶聯法、磁控管噴鍍法等等。但是由于所形成的固體或有機膜對光的遮擋和吸收，與懸浮體系相比，固載后的催化劑對光的利用率會大大降低。另一方面，人們選擇一些多孔性小顆粒固體如活性炭、沙子、氧化硅、氧化鋁、粘土、高嶺土、分子篩等(如日本專利JP8810601)，這雖然提高了對光的利用率和對底物的吸附作用，但仍存在催化劑難回收，易流失等問題。
本發明的目的在于提供一種金屬網固載的納米TiO2光催化劑，其不但有高的活性，催化劑不易流失，并且制造成本低廉，易于工業化實現。
本發明提供了一種金屬網固載納米TiO2光催化劑，其特征在于該催化劑--以Ф0.05～2mm，10～200目的金屬網為基礎骨架，金屬網選自不銹鋼網、鍍鋅鐵絲網、銅網、鋁網之一種；--在金屬網表面包裹有一層均勻的納米TiO2與固定劑的混合物，固定劑為水泥或高分子粘合劑，其重量百分含量為TiO25～50％，固定劑余量；--混合物涂層外再包覆一層納米TiO2。
本發明還可以在所述TiO2與固定劑混合物中加入多孔性小顆粒如活性炭、沙子、氧化硅、氧化鋁、粘土、高嶺土、分子篩，加入量為0.5～10％重量。
本發明中最外層的TiO2可以用鉑、鈀、釕、銠、鍶、三價鐵進行改性，改性劑加入量為0.1～1％重量。
本發明中固定劑最好為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、磷酸鹽水泥。
本發明還提供了上述金屬網固載納米TiO2光催化劑的制備方法，其特征在于制備過程依下述步驟進行(1)將金屬網在空氣氣氛下300～900℃，焙燒2～10小時；(2)將TiO2與固定劑用水或水-乙醇溶液均勻混合調成漿狀，涂布于(1)處理后的金屬網的表面；(3)將TiO2溶膠涂布或噴灑在經(2)處理后的網的表面。
本發明的制備過程中金屬網焙燒前可以用濃硫酸、濃硝酸或王水進行鈍化處理。鈍化處理后的金屬網最好用磺酸鹽類表面活性劑浸泡改性，以鍵聯方式加強TiO2與水泥的混合物與金屬網的結合。
本發明制備過程中水泥與TiO2混合前最好用200～400目篩過篩。
本發明提供了一種以金屬網材料為骨架用水泥和/或高分子配成的粘合劑固載TiO2構成TiO2的光催化劑體系。這種光催化劑體系既可類似于固體小顆粒那樣高度分散在整個反應體系中，又可類似于固體膜那樣很容易實現催化劑與反應體系的分離，不但能很好地滿足納米TiO2的固載化要求，又因入射光能通過多層網孔在網骨架上發生的多次散射和漫反射作用，改進對光的利用率。
本發明使用的材料價廉易得，工藝過程簡單實用，光催化反應體系滿足光線傳播學和流體力學的要求，是一種經濟、實用、具有廣闊工業應用前景和較高商業價值的發明創造。
下面通過實施例詳述本發明。
附
圖1為金屬網固載納米TiO2催化劑形貌。
附圖2為水泥固載納米TiO2吸收光譜(以水泥作參比)。
附圖3為水泥固載納米TiO2吸收光譜(以MgO作參比)。
實施例1將清洗后的不銹鋼網Ф0.4mm，20目用濃硫酸使其表面鈍化改性，放入十二烷基硫酸鈉中浸泡10分鐘，再將金屬網置于焙燒爐中于空氣氣氛下500℃焙燒3個小時，900℃焙燒2個小時自熱冷卻；市售硅酸鹽水泥經200目標準篩過篩，與納米TiO2粉體混合均勻，TiO2的量為20％；把該混合物加入水調成一定粘稠度后涂布在已處理過的金屬網材料表面，使用吹風的方法吹開可能堵塞的孔；當水泥稍板結后，再在其表面噴灑幾次納米TiO2溶膠，待干固后即得到金屬網固載的納米TiO2光催化劑，見附圖1。把上述金屬網材料固載的光催化劑卷成多層筒狀，放置于光催化反應器中即構成納米TiO2的光催化劑體系。
用凝固硬化后的水泥作參比，測得被水泥固載的催化劑吸收光譜見圖2，用MgO作參比，測得的被水泥固載的催化劑吸收光譜見附圖3，可見納米TiO2在400納米波長以下的紫外光吸收。
使用上述不銹鋼網催化劑對苯酚催化降解，結果見表1。在無納米TiO2光催化劑和有納米TiO2光催化劑的條件下進行光催化降解苯酚反應，用光譜法測苯酚的濃度隨時間的變化得表2。可見，在無納米TiO2光催化劑的情況下，苯酚不進行光催化降解反應，而進行光聚反應生成對光有較強吸收的聚合物，反應進行到270分鐘苯酚的濃度仍沒有下降，并觀察到反應液的顏色逐漸變深。而在有納米TiO2光催化劑的條件下，雖然在反應的開始仍有聚合物生成，但當反應進行到60分鐘時苯酚的濃度已有明顯的下降，進行到150分鐘時苯酚徹底降解，在實驗中觀察到反應液的顏色由無色到黃色再到無色。由表2進一步說明本固載方法提供的催化劑的活性成份為納米TiO2。
表1 苯酚的濃度隨時間的變化
表2 苯酚的濃度隨時間的變化<
實施例2將清洗后的不銹鋼網Ф0.4mm，20目用濃硫酸使其表面鈍化改性，放入十二烷基硫酸鈉中浸泡10分鐘，再將金屬網置于焙燒爐中于空氣氣氛下500℃焙燒3個小時，900℃焙燒2個小時自然冷卻；市售硅酸鹽水泥經200目標準篩過篩，與納米TiO2粉體混合均勻，TiO2的量為20％；把該混合物加入水調成一定粘稠度后涂布在已處理過的金屬網材料表面，使用吹風的方法吹開可能堵塞的孔；當水泥稍板結后，再在其表面噴灑幾次含鉑0.2％的納米TiO2溶膠，待干固后即得到金屬網固載的納米TiO2光催化劑，見附圖1。把上述金屬網材料固載的光催化劑卷成多層筒狀，放置于光催化反應器中即構成納米TiO2的光催化劑體系。
實施例3將清洗后的不銹鋼網Ф0.4mm，20目用濃硫酸使其表面鈍化改性，放入十二烷基硫酸鈉中浸泡10分鐘，再將金屬網置于焙燒爐中于空氣氣氛下500℃焙燒3個小時，900℃焙燒2個小時自然冷卻；市售硅酸鹽水泥經200目標準篩過篩，與納米TiO2粉體和2％的活性炭混合均勻，TiO2的量為20％；把該混合物加入水調成一定粘稠度后涂布在已處理過的金屬網材料表面，使用吹風的方法吹開可能堵塞的孔；當水泥稍板結后，再在其表面噴灑幾次含鉑0.2％的納米TiO2溶膠，待干固后即得到金屬網固載的納米TiO2光催化劑，見附圖1。把上述金屬網材料固載的光催化劑卷成多層筒狀，放置于光催化反應器中即構成納米TiO2的光催化劑體系。
實施側4實例2、3所得催化劑與實例1催化劑進行苯酚的光催化降解反應，結果見表3。
表3 苯酚的濃度隨時間的變化
權利要求
1.一種金屬網固載納米TiO2光催化劑，其特征在于該催化劑--以Ф0.05～2mm，10～200目的金屬網為基礎骨架，金屬網選自不銹鋼網、鍍鋅鐵絲網、銅網、鋁網之一種；--在金屬網表面包裹有一層均勻的納米TiO2與固定劑的混合物，固定劑為水泥或高分子粘合劑，其重量百分含量為TiO25～50％，固定劑余量；--混合物涂層外再包覆一層納米TiO2。
2.按權利要求1所述金屬網固載納米TiO2光催化劑，其特征在于在所述TiO2與固定劑混合物中加入多孔性小顆粒如活性炭、沙子、氧化硅、氧化鋁、粘土、高嶺土、分子篩，加入量為0.5～10％重量。
3.按權利要求1所述金屬網固載納米TiO2光催化劑，其特征在于最外層的TiO2用鉑、鈀、釕、銠、鍶、三價鐵進行改性，改性劑加入量為0.1～1％重量。
4.按權利要求1所述金屬網固載納米TiO2光催化劑，其特征在于固定劑為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、磷酸鹽水泥。
5.一種權利要求1所述金屬網固載納米TiO2光催化劑的制備方法，其特征在于制備過程依下述步驟進行(1)將金屬網在空氣氣氛下300～900℃，焙燒2～10小時；(2)將TiO2與固定劑用水或水-乙醇溶液均勻混合調成漿狀，涂布于(1)處理后的金屬網的表面；(3)將TiO2溶膠涂布或噴灑在經(2)處理后的網的表面。
6.按權利要求5所述金屬網固載納米TiO2光催化劑的制備方法，其特征在于金屬網焙燒前用濃硫酸、濃硝酸或土水進行鈍化處理。
7.按權利要求6所述金屬網固載納米TiO2光催化劑的制備方法，其特征在于鈍化處理后的金屬網用磺酸鹽類表面活性劑浸泡改性。
8.按權利要求5所述金屬網固載納米TiO2光催化劑的制備方法，其特征在于水泥與TiO2混合前用200～400目篩過篩。
全文摘要
一種金屬網固載納米TiO
文檔編號B01J21/06GK1256170SQ9812103
公開日2000年6月14日 申請日期1998年12月4日 優先權日1998年12月4日
發明者吳鳴, 吳合進, 孫福俠, 張玉紅, 王復東 申請人:中國科學院大連化學物理研究所