一种疏水性TiO制造技术

本发明专利技术公开了一种疏水性TiO

A method for the preparation of a hydrophobic TiO2 visible light catalyst

The invention discloses a method for preparing hydrophobic TiO2 visible light catalyst, the effect of strong adsorption properties and surface migration of metal cation of attapulgite doped high energy electron beam irradiation hydrophobicized after the preparation of TiO2 composite photocatalyst hydrophobicity, high adsorption and wide spectral response, solve TiO2 photocatalyst on strong hydrophobic organic pollutants without enrichment ability of adsorption and narrow spectral response range of the problem. The new hydrophobic TiO2 visible light photocatalyst material has the ability to efficiently enrich strong hydrophobic organic pollutants and visible light degradation. It can be used for photodegradation of indoor and industrial low concentration VOCs, water and soil strong hydrophobic organic compounds.

【技术实现步骤摘要】
一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法
本专利技术属于可见光响应光催化材料制备
，具体涉及一种高吸附性能以及宽光谱疏水型TiO2可见光催化剂的制备方法。
技术介绍
钛基半导体是光催化领域的重要材料，可广泛应用在催化降解、制氢等环境和能源领域。但钛基半导体光谱响应范围较窄，只能利用太阳光谱中5%的紫外光，导致其太阳能利用率只有1%左右。随后本领域工作人员也研制出了由贵金属沉积、半导体复合或染料光敏化改性的新型可见光响应钛基光催化剂，但这些改性后的钛基光催化材料比表面积低下，表面存在大量羟基，对疏水型有机污染物基本无吸附能力，直接影响了其光催化的降解效率。目前，对于光谱响应范围窄的问题，本领域人员通过金属（Fe3+、Al3+、Zn2+等）或非金属元素（N）掺杂、半导体异质结复合等技术手段来实现光谱响应范围的拓宽，但制得的光催化剂存在亲水疏油以及比表面积低的问题，难以应用于强疏水型有机污染物（如农药类污染物、多环芳烃类污染物等）的吸附降解。对此，本领域工作人员用带疏水基团的表面活性剂（如硅烷基）化学修饰钛基光催化剂，解决其亲水性问题；通过模板化制备介孔、中空或纳米薄膜钛基光催化剂，解决其吸附能力低的问题，但其制备条件苛刻且成本较高。上述方法虽然在光谱响应范围、疏水性及比表面积的问题上得到了不同程度的解决，但难以达到在拓宽其光谱响应范围的同时，解决其亲水性问题及提高其吸附能力，另外，多种化学改性试剂的使用、对降解中间产物的吸附性能低下，会给环境带来多重污染，甚至降低钛基光催化剂的降解效率。因此，研制一种疏水性TiO2可见光催化剂，使其具备高效吸附性能和宽光谱响应范围的特点，是本
目前亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，增强钛基光催化剂的吸附性能，拓宽其可见光响应范围的同时，对其疏水化，从而提高其对于环境污染物中低浓度、强疏水、高毒性有机物的吸附和光降解能力，以及对太阳能的利用率。本专利技术通过以下技术方案实现：一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，其操作步骤如下：（1）辐照改性凹凸棒土溶于水后置于水浴锅中，搅拌加入疏水化试剂，回流状态下反应得到疏水化照改性后凹凸棒土，离心取沉淀物，分别用去离子水和乙醇洗涤，烘干研磨，即得疏水化辐照改性凹凸棒土粉末；（2）将Al2(SO4)3溶于超纯水中，加入步骤（1）得到的疏水化辐照改性凹凸棒土粉末，进行可迁移离子调控，即得Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土；（3）将Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土与钛酸丁酯混合，经水解预处理后作为共前驱体，高温煅烧，反应结束后，冷却即得Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土—TiO2。优选地，步骤（1）的疏水化试剂与辐照改性凹凸棒土质量比为1:3~1:10。优选地，步骤（1）中疏水化试剂为直链烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺或十八烷基三甲基氯化铵。优选地，步骤（1）回流反应时间为3~5h。优选地，步骤（2）中制得的Al2(SO4)3溶液浓度范围为0.01~0.06g/mL。优选地，步骤（2）中Al2(SO4)3与疏水化辐照改性凹凸棒土的质量比为1:5~1:20；优选地，步骤（3）中煅烧温度为400~550℃，升温速率为5~15℃/min，煅烧时间为1~4.5h。更优选地，煅烧温度为450℃，升温速率为10℃/min，煅烧时间为2h；优选地，步骤（3）中水解反应温度为80℃，pH值为3~4，水解时间为1~2h。本专利技术利用经辐照及疏水化改性后的网络状纳米凹凸棒土负载钛基光催化剂，同时利用改性后凹凸棒土表面可迁移离子的掺杂作用，拓宽钛基光催化剂的响应光谱，其原理为：辐照改性凹凸棒土具有吸附性能更强、更丰富的纳米网结构，这种特殊的纳米限域体系可大幅度提高钛基光催化剂的吸附性能；同时凹凸棒土表面的Mg2+、Na+等离子易被Al3+离子置换，置换型金属阳离子可对钛基光催化剂进行掺杂改性，拓宽了其可见光响应范围。由本专利技术制得的疏水性TiO2可见光催化剂具有以下优点：（1）利用疏水基团对辐照改性凹凸棒土进行疏水化改性，结合辐照改性凹凸棒土多孔纳米网结构的固载能力及其表面迁移性金属离子的调控作用，提高了钛基光催化剂对疏水性有机污染物的吸附能力及光谱响应性能；（2）增强了光催化剂对太阳能光源的利用效率，制备工艺简单且成本低（200-1000元/吨），重复利用率高，利于规模化生产应用；（3）在对工业大气、水体及土壤中有机污染物的光降解的过程中，有毒物质的产生量较少，绿色环保，具有广阔的市场应用前景。附图说明图1为样品的SEM图。图中，a图为辐照改性凹凸棒土IATP，b图为对比例1得到的二氧化钛TiO2，b1图为对比例2得到的辐照改性凹凸棒土负载的二氧化钛IATP-TiO2、c图为对比例3得到的Al3+置换的二氧化钛Al3+-TiO2、d图为本专利技术实施例1得到的疏水化Al3+置换的辐照改性凹凸棒土二氧化钛Al3+-IATP-TiO2。图2为对比例3的Al3+-TiO2、实施例1的疏水化Al3+-IATP-TiO2和对比例1的TiO2的Uv-vis图。图中，a表示Al3+-TiO2，b表示疏水化Al3+-IATP-TiO2，c表示TiO2。对比例2的IATP-TiO2与对比例1的TiO2、对比例4得到的Al3+-IATP-TiO2与实施例1得到的疏水化Al3+-IATP-TiO2Uv-vis图基本一致，因此，未提供图示。图3为对比例1的TiO2、对比例3的Al3+-TiO2、实施例1的疏水化Al3+-IATP-TiO2和对比例4的Al3+-IATP-TiO2对疏水性有机污染物多环芳烃（萘，NAP）的降解效率图。具体实施方式为使本领域技术人员充分理解本专利技术的技术方案和有益效果，以下结合附图及具体实施例进一步说明，此处实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1（1）称取20g辐照改性凹凸棒土溶于250mL超纯水中，磁力搅拌5min，超声10min，于60℃水浴搅拌，加入4g十八烷基三甲基氯化铵，回流状态下反应4h得到疏水化照改性后凹凸棒土，10000rpm下离心去沉淀物，先用去离子水洗涤，最后用乙醇洗涤（洗去未反应物质），80℃烘箱中烘干，研磨，制得疏水化辐照改性凹凸棒土粉末。（2）称取0.6gAl2(SO4)3溶解于60mL的超纯水中，加入6g疏水化辐照改性凹凸棒土粉末，进行可迁移离子调控，制得Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土；（3）将坩埚用去离子水清洗干净，放置于烘箱中干燥60min，称取16g钛酸丁酯溶于50mL超纯水，加入8g步骤（2）中制得的Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土，磁力搅拌下逐滴加入NaOH，控制pH值为4，80℃下水解1h，将反应液转入马弗炉内，450℃煅烧2h，升温速度为10℃/min，冷却研磨，得到Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土二氧化钛。实施例2（1）称取20g辐照改性凹凸棒土溶于250mL超纯水中，磁力搅拌5min，超声10min，于60℃水浴搅拌，加入4g直链烷基苯磺酸钠，回流状态下反应4h得到疏水化照改性后凹凸棒土，10000rpm下离心去沉淀物，先后使用去离子水和乙醇洗涤4次，80℃烘箱中烘干，研磨，制得疏水化辐照改性凹凸棒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）辐照改性凹凸棒土溶于水后置于水浴锅中，搅拌加入疏水化试剂，回流状态下反应得到疏水化辐照改性后凹凸棒土，离心取沉淀物，洗涤、烘干研磨，得疏水化辐照改性凹凸棒土粉末；（2）将Al2(SO4)3溶于水中，加入步骤（1）得到的疏水化辐照改性凹凸棒土粉末，得Al

【技术特征摘要】
1.一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）辐照改性凹凸棒土溶于水后置于水浴锅中，搅拌加入疏水化试剂，回流状态下反应得到疏水化辐照改性后凹凸棒土，离心取沉淀物，洗涤、烘干研磨，得疏水化辐照改性凹凸棒土粉末；（2）将Al2(SO4)3溶于水中，加入步骤（1）得到的疏水化辐照改性凹凸棒土粉末，得Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土；（3）将Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土与钛酸丁酯混合，经水解预处理后作为共前驱体，高温煅烧，反应结束后，冷却得Al3+置换的疏水化辐照改性凹凸棒土—TiO2，即疏水性TiO2可见光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中疏水化试剂与辐照改性凹凸棒土质量比为1:3~1:10。3.根据权利要求1或2所述的一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）的疏水化试剂为直链烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺或十八烷基三甲基氯化铵。4.根据权利要求1所述的一种疏水性TiO2可见光催化剂的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，马喜君，陈静，谢兴勇，刘飞，石莹莹，庞建峰，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32