本发明专利技术公开了一种改性TiO2/SiO2复合催化剂，还公开了上述改性复合催化剂的制备方法。本发明专利技术的改性TiO2/SiO2复合催化剂能够大大提高催化剂对水体中染料分子的富集能力，从而提高了对染料废水(尤其是含罗丹明B的废水)的光催化降解能力，因此本发明专利技术的改性催化剂对高浓度的染料废水也具有很好的处理效果，即使复合催化剂中SiO2的加入比例不高，也不会过多影响复合催化剂对水中污染物的富集效果；另外，本发明专利技术的制备方法原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改性TiO2/SiO2复合催化剂，还涉及上述改性复合催化剂的制备方法。
技术介绍
我国染料的年产量保持在18～22万t，占世界染料总产量的40％。染料行业属于高能耗、高污染产业。据估计，我国每生产1t染料，大约排放废水744m3。而在整个生产和使用过程中，大量染料(10％以上)排入自然水体中，染料废水量正在持续上涨中。罗丹明B具有价格低廉、色泽光鲜、化学性质等特点，常被一些不法商贩作为食品的着色剂，以增强食品的色泽度，但这会对人体健康产生很大危害。有关研究表明，RhB不但能在血清蛋白中储存和运输，而且会对血清蛋白的构象和分子能级产生明显的影响，被体外的某些不确定的物质引发诱变，最终生成罗丹明的衍生物能促使细胞衰亡。目前常用的处理方法如生化法、混凝沉降法、电解法等，均难以满足排放标准要求。以TiO2为代表的半导体光催化法可产生具有强氧化性的羟基自由基(HO·)，能够使许多结构稳定、很难被微生物分解的有机分子转化为二氧化碳、水和无机离子等。将TiO2负载于硅胶表面可以有效解决其在应用中的回收问题，且硅胶在催化过程中与TiO2能起到协同效应，同时，硅胶具有种类丰富、廉价易得、表面性质可根据实际需要进行改性等优点。光催化反应的过程主要发生在催化剂表面，因此光催化剂对于水体中污染物的富集能力将直接影响整个光催化反应的效率。对于TiO2/SiO2复合催化剂而言，污染物首先吸附在SiO2表面，然后由于扩散作用迁移至TiO2表面进行光催化反应。虽然SiO2具有大的比表面积，可以在一定程度上增强对污染物的富集能力，但对于TiO2/SiO2复合催化剂而言，过多的SiO2加入量会降低TiO2的百分含量，将影响催化剂的光催化活性，所以复合催化剂中SiO2的加入量不易过多，这就限制了其对水中污染物的富集效果，尤其对高浓度的染料废水处理效果不佳，因此通过改性SiO2表面来提高TiO2/SiO2复合催化剂对污染物的富集能力是提高催化剂活性的有效途径。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种对染料废水中罗丹明B具有高吸附-光催化降解能力的改性TiO2/SiO2复合催化剂。本专利技术还要解决的技术问题是提供上述对染料废水中罗丹明B具有高吸附-光催化降解能力的改性TiO2/SiO2复合催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种改性TiO2/SiO2复合催化剂，其化学结构式为：上述改性TiO2/SiO2复合催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，通过溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合催化剂：将10mL钛酸正丁酯、5mL硅酸乙酯和45mL无水乙醇混合，配置成A混合液；将一定量浓度为1mol/L的HNO3、一定量体积浓度为3％的HF和12mL无水乙醇混合，配置成B混合液；边搅拌边将B混合液逐滴加入到A混合液中，形成均匀溶胶，并将均匀溶胶先后置于65℃和100℃的烘箱中烘烤48h，得到干凝胶，再用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再采用无水乙醇洗涤两遍，并于100℃下烘干，将烘干后的物料研磨后在马弗炉内一定温度下煅烧4小时，得到TiO2/SiO2复合催化剂；步骤2，将步骤1的TiO2/SiO2复合催化剂加入到γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液中，在一定温度下冷凝回流并持续搅拌12小时，滤得粗颗粒，然后以甲苯为提取剂在索氏提取器中提取24小时，去除硅胶表面未反应的γ-巯丙基三甲氧基硅烷，将提取物用无水乙醇洗涤若干次，并烘干，即可得到改性复合催化剂TiO2/SiO2-MPTS。其中，步骤1中，所述HNO3的加入量为6～12mL，所述HF的加入量为2～5mL。其中，步骤1中，所述煅烧温度为300～700℃。其中，步骤2中，对于每1gTiO2/SiO2复合催化剂，所述γ-巯丙基三甲氧基硅烷的加入体积为0.5～2ml，所述N，N-二甲基甲酰胺的加入体积为10～15ml。其中，步骤2中，所述TiO2/SiO2复合催化剂与γ-巯丙基三甲氧基硅烷和N，N-二甲基甲酰胺的混合液在60～90℃下进行反应。本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂的制备原理：首先通过溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合催化剂，再将制备好的TiO2/SiO2复合催化剂在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)的混合溶液中发生接枝反应，即得到本专利技术的改性TiO2/SiO2复合催化剂(TiO2/SiO2-MPTS)，分子中的-SH基团通过静电引力、化学键作用富集水体中的罗丹明B分子，从而大大提高了TiO2/SiO2-MPTS对水体中罗丹明B的吸附能力。有益效果：相比于现有技术，本专利技术的改性TiO2/SiO2复合催化剂能够大大提高催化剂对水中污染物的富集能力，从而提高了对水体中染料分子(尤其是罗丹明B分子)的光催化降解能力，因此本专利技术的改性催化剂对高浓度的染料废水也具有很好的处理效果，即使在复合催化剂中SiO2的加入比例不高，也不会过多影响复合催化剂对水中污染物的富集效果；另外，本专利技术的制备方法通过溶胶-凝胶法制得TiO2/SiO2复合催化剂，然后再通过对TiO2/SiO2复合催化剂表面进行化学改性，在SiO2表面接枝了功能化的官能团，大幅度提高了改性后复合催化剂对水体中罗丹明B的吸附能力，从而促进改性后复合催化剂光催化降解的活性，本专利技术的制备方法原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染。附图说明图1为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂制备方法的工艺流程图；图2为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂的XRD光谱图；图3为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂改性前后的红外光谱对比图；图4为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂的拉曼光谱图；图5为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂改性前后对罗丹明B的吸附动力学图；图6为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂改性前后对罗丹明B吸附随pH值的变化规律图；图7为本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂改性前后对罗丹明B的吸附-光催化降解性能的对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的技术方案进行进一步说明。实施例1本专利技术改性TiO2/SiO2复合催化剂，其化学结构式为：该改性TiO2/SiO2复合催化剂的制备方法包括如下步骤：步骤1，通过溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合催化剂：将10mL钛酸正丁酯、5mL硅酸乙酯和45mL无水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改性TiO2/SiO2复合催化剂，其特征在于：其化学结构式为：
【技术特征摘要】
1.一种改性TiO2/SiO2复合催化剂，其特征在于：其化学结构式为：
2.一种权利要求1所述改性TiO2/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步
骤：
步骤1，利用溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合催化剂；
步骤2，将步骤1的TiO2/SiO2复合催化剂加入到γ-巯丙基三甲氧基硅烷和N，N-二甲基
甲酰胺的混合溶液中，在一定温度下冷凝回流并持续搅拌数小时，滤得粗颗粒，然后以甲苯
为提取剂在索氏提取器中进行提取，最后将提取物经过洗涤、烘干处理即得到改性复合催
化剂TiO2/SiO2-MPTS。
3.根据权利要求2所述改性TiO2/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，所
述TiO2/SiO2复合催化剂的制备方法具体包括如下步骤：将10mL钛酸正丁酯、5mL硅酸乙酯和
45mL无水乙醇混合，配置成A混合液；将一定量浓度为1mol/L的HNO3、一定量体积浓度为3％
的HF和12mL无水乙醇混合，配置成B混合液；边搅拌...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨汉培，傅小飞，高照，郭润强，朱鸿宇，涂艳梅，孙慧华，崔素珍，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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