一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法，涉及光催化领域，其技术方案包括TiO2、有机SiO2以及聚甲基丙烯酸甲酯，所述有机SiO2先与聚甲基丙烯酸甲酯形成水凝胶泡沫，再将TiO2原位沉积到形成的水凝胶泡沫介孔中，通过将制备后的参杂TiO2的PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫作为光催化剂加入到挥发性有机污染物中，PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫中由于PMMA具有高透光性（90%以上），从而能够使紫外光透过PMMA，使得TiO2原位沉积在水凝胶泡沫的微孔中，与二氧化硅之间形成异质结，从而使得光催化效率更高；此外，PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫是多孔结构，复杂的孔道有利于增加对挥发性有机物气体的截留，从而实现与纳米级TiO2的接触时间，增加对挥发性气体的降解效率。增加对挥发性气体的降解效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法


[0001]本专利技术涉及光催化
，尤其涉及一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法。

技术介绍

[0002]光催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力，从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。通常情况下，光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为二氧化碳和水。
[0003]经检索，中国专利号为CN104326524A的专利技术专利，公开了一种一种光催化降解苯酚的方法，属于废水处理方法领域。所述的光催化降解苯酚的方法，包括以下步骤：将负载有TiO2光催化剂的岩棉填充于中间固定有紫外灯管的反应器，然后将含苯酚废水以一定流速从反应器底部通入，并用紫外灯照射，同时加入少量的过氧化氢以及通入空气，反应器顶部出水即为苯酚降解后的废水。本专利技术所述的光催化降解苯酚的方法，采用负载有TiO2光催化剂的岩棉作为光催化剂，在紫外灯照射以及通气和加过氧化氢的条件下，对苯酚有较好的光催化降解、吸附等处理效果，经过120min的处理，苯酚基本上被完全降解，本专利技术所述的方法，可广泛应用于含苯酚废水的处理工艺中。
[0004]然而上述光催化处理方法通过负载有TiO2光催化剂的岩棉对紫外灯光进行吸收，然后对含酚的工业废水进行净化，对其中的有机物进行氧化，但在实际使用过程中，TiO2作为光催化剂需要大量的光能，同时对于废水难以进行有效的净化，净化效率低，因此需要一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在TiO2作为光催化剂需要大量的光能，同时对于废水难以进行有效的净化，净化效率低的缺点，而提出的一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种用于挥发性有机污染物的光催化剂及其使用方法，包括TiO2、有机SiO2以及聚甲基丙烯酸甲酯，所述有机SiO2先与聚甲基丙烯酸甲酯形成水凝胶泡沫，再将TiO2原位沉积到形成的水凝胶泡沫介孔中；该光催化剂包括以下步骤制得：步骤一：将准备好的有机二氧化硅纳米粒子和聚甲基丙烯酸甲酯分别进行预热，预热温度均为80℃；步骤二：将预热后的SiO2水凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯混合后放入到密炼机中进行反应，反应的时间为30min，反应时的温度为220℃，转子速度为60rpm；步骤三：将密炼机中反应后的物质在160℃高温下压缩成型，压缩后的片材厚度为3mm，压缩时间为50min；
步骤四：将生成的片材放入到高压釜中，并向高压釜中冲入足量的二氧化碳进行饱和，饱和的时间为12h；步骤五：迅速开启高压釜，使得高压釜内部的气压骤然下降，并通过冷水对生成的泡沫进行定型，形成参杂TiO2的PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫；步骤六：水凝胶泡沫超声分散去某种溶剂中，再加入TiO2前体。
[0007]上述过程中，PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫中由于PMMA具有高透光性（90%以上），从而能够使紫外光透过PMMA，使得TiO2原位沉积在水凝胶泡沫的微孔中，与二氧化硅之间形成异质结，从而使得光催化效率更高；PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫是多孔结构，复杂的孔道有利于增加对挥发性有机物气体的截留，从而实现与纳米级TiO2的接触时间，增加对挥发性气体的降解效率。
[0008]上述技术方案进一步包括：进一步地，光催化剂制备的步骤二中，反应的时间为30min，反应时的温度为220℃，转子速度为60rpm。
[0009]进一步地，有机SiO2水凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯用量为1:2.05。
[0010]进一步地，水凝胶泡沫、溶剂和TiO2前体的用量为0.1:100:2.3。
[0011]进一步地，有机SiO2的制备包括以下步骤：第一步：将F127PEO
‑
PPO
‑
PEO三嵌段共聚物溶解在蒸馏水和H2SO4的混合物中；第二步，将混合物搅拌2小时后，加入1.02g1，4
‑
双(三乙氧基甲硅烷基)苯，在40
°
C下搅拌2.5小时内将混合物搅拌，然后在100
°
C下老化24小时后获得沉淀物；第三步，嵌段共聚物模板用含有乙醇和37wt%HCl的混合溶剂在70℃磁力搅拌下萃取4次12h，然后用蒸馏水和丙酮抽吸过滤和洗涤烧瓶并在100
°
C下干燥1d，得到有机SiO2；上述过程中，有机SiO2中含有苯环，所以有机SiO2与挥发性有机物中的含苯环类物质之间具有π
‑
π共轭，实现对挥发性有机物中的含苯环类物质进行选择性吸附，能够挥发性有机物中的含苯环类物质被更好的降解。
[0012]进一步地，F127PEO
‑
PPO
‑
PEO三嵌段共聚物为0.5g，蒸馏水为22.38g，H2SO4为0.12g，乙醇为60g，37wt%HCl为2g， F127：有机硅烷：H2O：酸 = 1：63
‑
65：29260
‑
33440：25.6
‑
61.3。
[0013]进一步地，光催化剂制备的步骤四中，高压釜内部的环境为100℃，16Mpa。
[0014]一种用于挥发性有机污染物的光催化剂使用方法，包括以下步骤：步骤一：对挥发性有机物的光催化剂进行制备，将制备后的光催化剂放置到降解容器中；步骤二：将挥发性有机物通过管道输送到降解容器中；步骤三：向降解容器的内部放置紫外线灯管进行照射，同时将外部的空气匀速的导入到降解容器内部；步骤四：光催化降解完成后，对废水进行排出。
[0015]相比现有技术，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术中，通过将制备后的参杂TiO2的PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫作为光催化剂加入到挥发性有机污染物中，PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫中由于PMMA具有高透光性（90%以上），从而能够使紫外光透过PMMA，使得TiO2原位沉积在水凝胶泡沫的微孔中，与二氧化
硅之间形成异质结，从而使得光催化效率更高；此外，PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫是多孔结构，复杂的孔道有利于增加对挥发性有机物气体的截留，从而实现与纳米级TiO2的接触时间，增加对挥发性气体的降解效率。
[0016]2、本专利技术中，由于有机SiO2中含有苯环，所以有机SiO2与挥发性有机物中的含苯环类物质之间具有π
‑
π共轭，实现对挥发性有机物中的含苯环类物质进行选择性吸附，能够挥发性有机物中的含苯环类物质被更好的降解。
[0017]3、本专利技术技术方案中，PMMA是具有疏水性的聚合物，由于挥发性有机污染物本身具有疏水性，所以PMMA能够通过物理相互作用实现对挥发性有机污染物的截留吸附，协同有机SiO2实现对挥发性有机污染物更好的吸附效果，配合TiO2
‑
二氧化硅的异质结结构实现对挥发性有机污染物的光降解。
具体实施方式
[0018]实施例一S1:将0.5gF127PEO...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于挥发性有机污染物的光催化剂，其特征在于，包括TiO2、有机SiO2以及聚甲基丙烯酸甲酯，所述有机SiO2先与聚甲基丙烯酸甲酯形成水凝胶泡沫，再将TiO2原位沉积到形成的水凝胶泡沫介孔中；该光催化剂包括以下步骤制得：步骤一：将准备好的有机二氧化硅纳米粒子和聚甲基丙烯酸甲酯分别进行预热，预热温度均为80℃；步骤二：将预热后的SiO2水凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯混合后放入到密炼机中进行反应；步骤三：将密炼机中反应后的物质在160℃高温下压缩成型，压缩后的片材厚度为3mm，压缩时间为50min；步骤四：将生成的片材放入到高压釜中，并向高压釜中冲入足量的二氧化碳进行饱和，饱和的时间为12h；步骤五：迅速开启高压釜，使得高压釜内部的气压骤然下降，并通过冷水对生成的泡沫进行定型，形成参杂TiO2的PMMA/二氧化硅水凝胶泡沫；步骤六：水凝胶泡沫超声分散去某种溶剂中，再加入TiO2前体。2.根据权利要求1所述的一种用于挥发性有机污染物的光催化剂，其特征在于，光催化剂制备的步骤二中，反应的时间为30min，反应时的温度为220℃，转子速度为60rpm。3.根据权利要求1所述的一种用于挥发性有机污染物的光催化剂，其特征在于，有机SiO2水凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯用量为1:2.05。4.根据权利要求1所述的一种用于挥发性有机污染物的光催化剂，其特征在于，水凝胶泡沫、溶剂和TiO2前体的用量为0.1:100:2.3。5.根据权利要求1所述的一种用于挥发性有机污染物的光催化剂，其特征在于，有机SiO2的制备包括以下步骤：第一步：将F127PEO
‑
PPO
‑
PEO三嵌段共聚物溶解在蒸馏...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子重，戴文新，陈旬，员汝胜，丁正新，李晓峰，陈钟鸣，王进发，李佳兴，蔡炯彬，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：