一种光催化剂及其制法和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种光催化剂及其制法和应用。所述的光催化剂包括陶瓷球和二氧化钛，以催化剂的重量为基准，陶瓷球的含量为60％～95％，二氧化钛的含量为5％～40％。该催化剂具有良好的光催化活性和活性稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂及其制法和应用
本专利技术涉及一种光催化剂及其制备方法，属于光催化材料领域。
技术介绍
半导体光催化氧化作为一种能够在常温常压下使有机物经光催化分解为二氧化碳和水，且不会造成二次污染的新型技术而引起世界各国研究者的高度重视。研究发现，利用半导体光催化法能够有效降解水和空气中的各种有机污染物，例如卤化烃、硝基芳烃、酚类、有机颜料、杀虫剂、表面活性剂等；也可以将氰化物、亚硝酸盐、硫氰酸盐等转化成无毒或低毒化合物；还可以应用于抗菌、除臭、空气净化、自清洁材料等领域。目前已经研究的半导体光催化剂主要包括金属氧化物以及硫化物等，其中二氧化钛(TiO2)具有化学稳定性好、安全无毒、成本低等特点，在光催化氧化方向得到广泛的研究和应用。二氧化钛光催化剂通常以粉末形状使用，但这样会在流体中形成悬浮体系，从而带来分离困难和难以回收等技术问题，从而限制了实际应用。将二氧化钛固定在载体上，可以克服悬浮相二氧化钛光催化剂的缺点。因此，寻找合适的载体及高效的负载方法固定催化剂、提高催化剂光催化效率是实现二氧化钛光催化剂产业化的关键，亦是近年来光催化技术研究领域的热点。目前，负载型光催化剂存在的技术问题是：第一，采用粘合剂等非催化材料时，在负载和烧结过程中，会影响表面上二氧化钛的量，从而影响催化活性；第二，在载体上负载二氧化钛时，通常采用高温焙烧以增加二氧化钛负载的牢固度，但二氧化钛容易被烧结，且生成非光催化活性的晶相，从而影响催化活性，而且即使是高温焙烧也仍存在二氧化钛容易流失的问题，从而影响催化剂的活性稳定性；第三，载体负载二氧化钛时还容易出现分布不均匀的问题，从而进一步影响其催化活性和稳定性。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种光催化剂及其制法，以及该光催化剂在紫外光的作用下进行光催化反应。该催化剂具有良好的光催化活性和活性稳定性。本专利技术第一方面提供的一种光催化剂，所述的光催化剂包括陶瓷球和二氧化钛，以催化剂的重量为基准，陶瓷球的含量为60％～95％，优选为65％～95％，二氧化钛的含量为5％～40％，优选为5％～35％。所述的陶瓷球优选为氧化铝陶瓷球。所述的陶瓷球为具有微米级孔道的陶瓷球，优选采用滚球法制得。进一步地，所述陶瓷球的外表面具有微米级孔道的孔口且孔口均匀分布，孔口直径可以为1～50μm。所述陶瓷球大小可以根据需要制备，球径可以为2～10mm。所述的光催化剂中，以催化剂的重量为基准，陶瓷球的含量为60％～95％，优选为65％～95％，二氧化钛的含量为5％～40％，优选为5％～35％。所述的光催化剂中，二氧化钛主要为锐钛矿晶相。所述的光催化剂中，二氧化钛以微米级晶粒呈嵌入式分散在催化剂表面上。进一步地，在所述光催化剂的外表面上，粒径为5～50μm的TiO2晶粒占70％以上，优选占80％以上。本专利技术第二方面提供的一种光催化剂的制法，包括：(1)分别制备含钛物料I和含钛物料II；(2)将陶瓷球载体真空法浸渍含钛物料I，经干燥和焙烧，得到中间体；(3)步骤(2)所得的中间体浸渍含钛物料II，经热处理，得到本专利技术的光催化剂。本专利技术方法中，步骤(1)所述的含钛物料I的制备方法如下：将纳米二氧化钛粉、乙酰丙酮钛(IV)、有机溶剂、羧甲基纤维素混合均匀制得含钛物料I。所述含钛物料I中，纳米二氧化钛粉与乙酰丙酮钛(IV)中以钛原子计的比值为0.1～1.0，羧甲基纤维素的加入量与钛原子的摩尔比1～7：100。所述的有机溶剂采用低碳醇，比如C1～C5的醇，优选为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或多种，进一步优选为异丙醇。所述的含钛物料I中，乙酰丙酮钛(IV)的摩尔浓度为0.1～3.0mol/L。所述纳米二氧化钛粉为锐钛矿型二氧化钛，粒径在100nm以下，可以为10～100nm。本专利技术方法中，所述的含钛物料I的制备方法优选如下：先将纳米二氧化钛与聚乙二醇混合后，再与乙酰丙酮钛(IV)、有机溶剂、羧甲基纤维素混合，这样使至少部分聚乙二醇进入纳米二氧化钛中，以在后续处理过程中使纳米氧化钛更多的表面露在载体外面，并形成易富集区，后负载的二氧化钛更容易分布在纳米二氧化钛的周围，不但提高二氧化钛在载体表面的分散性和分散量，而且能够更好地控制二氧化钛晶粒的大小，并增加二氧化钛在催化剂中的牢固度，进一步提高了催化剂的活性和稳定性。其中，聚乙二醇的加入量占含钛物料I重量的1％～5％。所述聚乙二醇的分子量为200～4000。所述的纳米二氧化钛，粒径为100nm以下，优选为10～100nm。本专利技术方法中，步骤(1)所述的含钛物料II的制备方法如下：将乙酰丙酮钛(IV)、有机溶剂与羧甲基纤维素混合均匀制得含钛物料II。所述含钛物料II中，羧甲基纤维素的加入量与钛原子的摩尔比1～7：100。所述的有机溶剂采用低碳醇，比如C1～C5的醇，优选为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或多种，进一步优选为异丙醇。所述的含钛物料II中，乙酰丙酮钛(IV)的摩尔浓度为0.5～4.0mol/L。本专利技术方法中，步骤(2)所述的真空法浸渍是使含钛物料I进入陶瓷球的孔道中。本专利技术方法中，步骤(2)所述的干燥为在50～95℃下干燥2～24小时，所述的焙烧为在300～500℃下焙烧1～6小时。本专利技术方法中，步骤(3)所述的浸渍含钛物料II，可以采用浸渍法挂浆和去多余浆，此过程可采用常规方法进行，可以采用常压浸，也可以采用真空浸，采用辊压法挤压去多余浆。步骤(3)所述的浸渍可以采用一次浸渍法，也可以采用多次浸渍法。本专利技术方法中，步骤(3)所述的干燥为在50～95℃下干燥2～24小时。本专利技术方法中，步骤(3)所述的热处理的条件如下：在水蒸汽和/或惰性气氛下，进行分段焙烧，即在200～300℃下焙烧2～8小时，然后在400～750℃下焙烧1～6小时，优选在200～300℃下焙烧2～8小时，在400～700℃下焙烧1～5小时。所述惰性气氛可以为氮气。本专利技术光催化剂特别适用于液体(比如废水)的净化处理，特别适用于紫外光作用下的光催化反应，其净化的目的是除去有机物。本专利技术光催化剂可以用于处理含有机物的废水，还可以用于处理含有害微生物的废水，比如用于降解垃圾渗滤液，还可用于处理医药废水，还可以用于淡水鱼养殖循环水的处理，还可以用于水培植物养殖循环水的处理等，具有良好的光催化降解性能，催化剂性能稳定，具有良好的应用前景。本专利技术第三方面提供了一种光催化方法，其中，待处理的废液通过紫外光作用下的本专利技术光催化剂进行光催化反应，得到净化液体。与现有技术相比，本专利技术光催化剂具有以下优点：1、本专利技术光催化剂采用陶瓷球作为载体，能够增加待处理有机废液与活性组分的接触面积，从而提高光催化效率，同时，由于废液的流动使光催化剂球也在不断的转动，这样可以使光催化剂表面不容易沉积杂质，从而提高催化剂的长期活性。2、对于单位数量的二氧化钛晶粒来说，其晶粒越小，比表面积越大，其催化活性越高，而晶粒越小，越不容易负载，即使负载也容易发生流失或被非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化剂，所述的光催化剂包括陶瓷球和二氧化钛，以催化剂的重量为基准，陶瓷球的含量为60％～95％，优选为65％～95％，二氧化钛的含量为5％～40％，优选为5％～35％。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂，所述的光催化剂包括陶瓷球和二氧化钛，以催化剂的重量为基准，陶瓷球的含量为60％～95％，优选为65％～95％，二氧化钛的含量为5％～40％，优选为5％～35％。


2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的陶瓷球为氧化铝陶瓷球。


3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的陶瓷球为具有微米级孔道的陶瓷球，采用滚球法制得。


4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述陶瓷球的外表面具有微米级孔道的孔口且孔口均匀分布，孔口直径为1～50μm。


5.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述陶瓷球的球径为2～10mm。


6.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的光催化剂中，二氧化钛主要为锐钛矿。


7.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的光催化剂中，二氧化钛以微米级晶粒呈嵌入式分散在催化剂表面上；进一步地，在所述的光催化剂外表面上，粒径为5～50μm的TiO2晶粒占70％以上，优选占80％以上。


8.权利要求1-7任一所述光催化剂的制备方法，包括：
(1)分别制备含钛物料I和含钛物料II；
(2)将陶瓷球载体真空法浸渍含钛物料I，经干燥和焙烧，得到中间体；
(3)步骤(2)所得的中间体浸渍含钛物料II，经热处理，得到光催化剂。


9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述的含钛物料I的制备方法如下：将纳米二氧化钛粉、乙酰丙酮钛(IV)、有机溶剂、羧甲基纤维素混合均匀制得含钛物料I。


10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述含钛物料I中，纳米二氧化钛粉与乙酰丙酮钛(IV)中以钛原子计的比值为0.1～1.0，羧甲基纤维素的加入量与钛原子的摩尔比1～7：100；所述的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，张皓，
申请(专利权)人：广东粤能净环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44