一种三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能新型复合磷酸钛二氧化钛负载于三维多孔泡沫陶瓷，形成固载光催化剂，其制备方法可以实现工业化应用商品化生产；所述的三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂的制备工艺包括以下步骤：磷酸钛化合物及过氧化钛无机溶胶的制备；新型复合固载光催化剂的制备；一次性浸渍、负载、干燥，制备泡沫陶瓷板负载新型复合固载光催化剂。本发明专利技术以浸渍、干燥的制备工艺，一次性浸渍、负载、干燥，大大缩短了制备工艺流程所需时间，改变了传统溶胶‑凝胶制备方法多次浸渍、干燥、烧结的工艺流程；主要用于环境空气净化和工业VOCs净化系统。

Three dimensional porous foam ceramic composite photocatalyst and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能新型复合磷酸钛二氧化钛负载于三维多孔泡沫陶瓷的生产
，形成固载光催化剂，其制备方法可以实现工业化应用商品化生产。
技术介绍
近年来，我国的水环境污染状况已十分严峻，水污染事故频发，直接影响到居民健康和国民经济的可持续发展。而我国也是室内空气污染比较严重的国家，主要原因是装修材料中有毒物质的挥发、细菌的生物污染和通风不良造成的。因此，研发新型复合泡沫陶瓷固载光催化功能陶瓷的“三废”治理技术，拓展高技术陶瓷基材料在环保节能中的应用，完全符合国家的可持续发展战略，也符合陶瓷行业产业结构调整的方向。泡沫陶瓷是一种气孔率可高达70％～90％的具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的多孔陶瓷材料，它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后，最近发展起来的第三代多孔陶瓷材料。这种高技术陶瓷具有三维连接孔道，同时其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可适度调整或变化，就像是“被钢化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海绵体”。由于其具有气孔率高、比表面积大、抗热震性、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能，可广泛应用于热交换材料、布气材料、汽车尾气净化装置、冶金工业熔融态金属过滤(如铝合金、铜合金、钢水、铁水等)、热能回收(如钢材连续加热炉上的热交换器、煤炉锅炉烟尘的隔热交换和过滤除尘)、工业污水处理(如采矿业处理带毒的液体)，泡沫陶瓷还可用做耐火材料、隔热材料、传感器、热敏电阻、多孔压电陶瓷、热交换器等，在航空领域等也具有潜在的应用前景。<br>光催化功能陶瓷载体材料，具有致密的烧结结构、较高的力学强度、较好的热稳定性、优良的耐酸腐性、导热率低、价格也低于瓷器；泡沫陶瓷或多孔陶瓷，其材质主要有：氧化铝、氧化硅，具有比表面积大、耐热冲击、抗氧化、耐化学腐蚀、质轻等特性，是一种优良的催化剂载体材料。经过表面修饰的泡沫陶瓷为催化剂载体，采用新型复合磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液进行一次性浸渍、负载、干燥，在载体表面形成一层坚固的复合TiO2介孔薄膜覆盖在其三维多孔泡沫陶瓷骨架表面，不仅大大缩短了制备工艺流程所需时间，而且浸渍液可反复利用，损耗低，降低成本，制造过程无污染排放，且仅利用太阳能即可有效分解污染物，进行还原再生反应，实现零污染排放，节能环保，能够广泛的应用于应用于自来水深化处理、工业VOCs废气排放以及室内空气净化装置的核心部件，其制备工艺可以实现工业化商品生产制造。该光催化技术是几十年来各列国家，各位科学家、相关专家、学者都未能完全掌握的问题，突破了光催化技术在工业化商品化上的应用瓶颈。
技术实现思路
三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，其特征在于，以泡沫陶瓷为光催化剂载体，在此骨架和孔壁充分利用载体几何面积，提高光催化剂的含量，达到15％～20％，提高了单位体积和表面积的催化效果。采用以Al2O3、SiO2多种化学成分组成的α-Al2O3材料的泡沫陶瓷为载体材料，能够增强固载光催化剂的吸附分解性能。泡沫陶瓷的孔密度为10-30ppi，开孔率达80-90％，具有强大的比表面积；其孔结构是无规则孔道，能够使污染物充分、均匀接触催化剂表面，提高催化效率；并且具有良好的机械强度，经久耐用。新型复合泡沫陶瓷固载光催化剂的制备方法，以浸渍、干燥的制备工艺，一次性浸渍、负载、干燥，大大缩短了制备工艺流程所需时间，可以实现工业化商品化生产；浸渍液可重复利用，损耗低，降低成本，制造过程无污染排放，绿色环保。浸渍液主要是由磷酸钛化合物和过氧化钛无机溶胶及水组成，磷酸钛化合物和过氧化钛无机溶胶及水的配比为：1～3:1～3:5～9；浸渍液为2wt％磷酸钛化合物和过氧化钛无机溶胶的乳白色中性溶液，pH约为6～8。超声波浸渍20～40min，泡沫陶瓷板置45°滤架，至含浸液不滴落，然后放置平面架上于干燥箱内，干燥温度在80～120℃恒温干燥2h,箱内降温取出(干燥过程中每隔30min翻动一次)，使干燥后的含浸量达到重量比0.8％-1.5％。磷酸钛化合物新型复合光催化剂，使Ti的电荷密度降低，光生电子与空穴更易分离，而TiO2吸附水产生的表面羟基较纯TiO2高很多，有利于光催化活性、吸附分解性能大幅提高；TiO2吸收光波长阀值达670nm。三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，利用太阳能即可有效分解污染物，进行再生反应，实现零污染排放。新型复合泡沫陶瓷固载光催化剂及其制备方法，目的在于：提供一种新型复合固载光催化剂及制备方法，其特征在于，能够实现工业商品化制造。研制开发的泡沫陶瓷固载光催化剂单元反应器，其特征在于，颠覆了以往金属网状光触媒反应器，可以实现单元组合，用于工业VOCs废气排放净化处理装备。新型复合泡沫陶瓷固载光催化剂可以用于水资源净化和自来水的净化处理，其特征在于，能够分解水体中的氯化物和持久性的POPs和HOCs等污染物。本专利技术是：三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，其特征在于，以泡沫陶瓷为载体，通过一次性浸渍、负载、干燥，在载体表面形成一层坚固的复合TiO2介孔薄膜覆盖在其三维多孔泡沫陶瓷表面，大大缩短了制备工艺流程所需时间，改变了传统溶胶-凝胶制备方法多次浸渍、干燥、烧结的工艺流程，突破了光催化技术工业化应用的瓶颈，且泡沫陶瓷板制备的新型复合固载光催化剂，仅在太阳能条件下，就能够对空气中的污染物质和VOCs有效分解，进行再生反应，“零”污染产生，属于环境友好的绿色环保产品。纳米TiO2光催化材料固定于载体上或用半导体膜的形式，连续处理有机污染物，不需额外设备和能源就能使TiO2回收重复使用，而且克服了悬浮态稳定性差和易中毒等缺点，因而其固定技术已成为纳米TiO2光催化材料研究的一个重要方面。纳米TiO2光催化材料的实际应用和开发在某种意义上说也就是其固定化技术的开发，而固定化技术的关键在于选择适宜的载体与合适的固定化方法。在光催化剂载体的选择上，不仅要求光催化剂载体除了要具有一般载体所要求的稳定性、高强性、低价格和大比表面积外，更重要的一点是，附着在载体上的催化剂能够尽可能多的被光照射而激活以发挥催化剂的作用。磷酸钛化合物，是一种具有粒径为7nm以下的细孔构造的物质，其表面积可达700m2/g，是以磷酸、钛酸、硅酸形成的无机酸非晶体薄膜。与氧化钛光触媒通过紫外线照射发生催化作用原理不同，该物质因具有强烈的吸附性和纳米粒子特性的电位转移而产生高能量的易位反应，可在无光条件下产生催化反应(氧化还原反应)。产生具有强氧化力的氢氧游离基，能大幅度、持续不断地消除甲醛、苯、氨及其他挥发性有机物等有害气体.同时产生除臭、抗菌、防霉、净化空气的效果。过氧化钛无机溶胶在烧结转化过程中，由于烧结温度的不同，形成两种不同的矿型：锐钛矿型、金红石矿型，其比例大约为3-4:6-7。当烧结时温度在600℃～700℃之间时，此时残留的有机官能团继续氧化，并且部分TiO2由锐钛矿型向金红石转变，形成锐钛矿型和金红石型混晶TiO2，更有效的提高了TiO2的活性反应和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，其特征在于，以泡沫陶瓷为光催化剂载体，负载光催化剂，所述光催化剂的含量为15wt％～20wt％。/n

【技术特征摘要】
1.三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，其特征在于，以泡沫陶瓷为光催化剂载体，负载光催化剂，所述光催化剂的含量为15wt％～20wt％。


2.根据权利要求1所述三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，其特征在于，所述泡沫陶瓷是由Al2O3、SiO2为主要成分的复合陶瓷基材料。


3.根据权利要求1所述三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，其特征在于，泡沫陶瓷的孔密度为10-30ppi，开孔率达80-90％。


4.根据权利要求1所述三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂的制备方法，其特征在于，以浸渍、干燥的制备工艺，一次性浸渍、负载、干燥；浸渍液主要是由磷酸钛化合物和过氧化钛无机溶胶及水组成，磷酸钛化合物和过氧化钛无机溶胶及水的重量比为：1～3:1～3:5～9；浸渍液为2wt％磷酸钛化合物和过氧化钛无机溶胶的乳白色溶液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳霞，李进，王贤彬，王炳春，
申请(专利权)人：中触媒新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21