漂浮型多孔晶態TiO₂陶瓷膜光催化劑的製備方法

2023-10-10 17:02:14

專利名稱：漂浮型多孔晶態TiO2陶瓷膜光催化劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種T^2陶瓷膜光催化劑的製備方法。
背景技術：
隨著造船工業和海洋石油開採業的迅速發展，來自船舶、平臺或工廠的油汙水洩漏和排放，以及海損事故的發生，使得水面造成浮油汙染。不僅汙染了船舶、碼頭、海灘等基礎設施，還容易引起火災。特別是汙油漂到海灘、岸邊，使生物受害，海上油膜破壞了氧的流通，嚴重破壞了海洋水產資源，並給人類生存環境帶來極為有害的影響。然而針對當前水面薄層分散的浮油，採用傳統的物理回收方式效果差、效益低，很難徹底去除。因此，高效、節能治理水中浮油汙染物新技術的研究開發日顯迫切。TiO2是目前廣泛使用的光催化劑，不過粉末態的TiA由於存在難以回收、容易發生團聚和運行費用高等缺點，難以在廢水深度處理和微汙染水體處理中應用。為克服上述困難傳統方法是將TW2以薄膜的形式負載在載體上，選擇載體時還要考慮催化劑表面與入射光之間的接觸性。顯然，利用太陽光對浮油進行降解更具有潛在的應用價值。漂浮型光催化劑在有效利用太陽光能、顯著提高氧化能力上，顯示出極大的優越性，許多輕質載體如木片、中空玻璃微珠、聚苯乙烯球、浮石、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石和膨脹石墨等，被廣泛用於製備漂浮型光催化劑體系。然而，由於負載型TW2光催化劑存在TiA活性組分負載不牢靠， TiO2納米顆粒在載體上分布不均勻，光催化劑的漂浮性受TiO2負載量及載體比重的制約等不利因素。因此，亟待構築新型漂浮式TiA光催化劑能夠有效解決上述問題。

發明內容
本發明目的是為了解決現有粉末態TiA不易回收，光透過性差，負載型TiA光催化劑負載率低，活性組分容易脫落，難以實際應用的問題，而提供漂浮型多孔晶態TiO2陶瓷膜光催化劑的製備方法。本發明的漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜光催化劑的製備方法是由下述步驟完成的 一、試劑的混合按照質量份數比稱取30 50份的高熱穩定性TiA粉體材料、100 150 份的溶劑、1 2份的分散劑和1 2份的粘結劑，然後將上述稱取的試劑攪拌混合5 IOmin,即得混合試劑；二、球磨將步驟一製得的混合試劑在20°C 80°C溫度下球磨10 60h,即得料漿；三、輕質載體混合將步驟二得到的料漿與20 800目中空材料混合均勻， 即得混合料漿；四、陶瓷膜成型將步驟三得到的混合料漿刮塗成厚度為Iym IOmm膜， 然後在-25°C 35°C溫度下冷凍10 120min ；五、乾燥升華將步驟四冷凍後的混合料漿在-25°C 35°C溫度下進行乾燥10 100h，即得素坯；六、熱處理在氣體保護下，將步驟五製得的素坯放入焙燒爐中，以1 15°C /min的速度升溫至600°C 1600°C並保持1 5h，然後冷卻，即得漂浮型多孔晶態T^2陶瓷膜光催化劑；步驟一所述的溶劑為去離子水、 莰烯、叔丁醇、乙腈或六甲基二矽胺烷；步驟一所述的分散劑為聚丙烯酸銨、TeXaphOr3250、 CH-2型有機分散劑、CH-3型有機分散劑、CH-5型有機分散劑或963型有機相分散劑；步驟一所述的粘結劑為聚乙烯醇或聚苯乙烯；步驟三所述的中空材料為膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、 膨脹石墨、浮石或中空玻璃微珠；步驟六所述的保護氣體的流量為100 1000cm7s。本發明所述的高熱穩定性TiA粉體材料是按專利公開號CN101318126的方法製備得到的。本發明所述的分散劑為德國科寧公司的TeXaphOr3250分散劑、德國科寧公司的 963型有機相分散劑或上海三正公司CH-2型有機分散劑、CH-3型有機分散劑、CH-5型有機分散劑。本發明有益效果本發明製備工藝簡單，實驗設備簡單，成本低，效益高，易於實現商業化。本發明製備的漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜，密度為0. 1 1. Og/cm3,由於成型產品宏觀尺寸可達1 100cm2，因此採用網捕方式回收，回收率可達100%，另外，光催化劑穩定性好，整個陶瓷膜完全由光催化活性組分構成，因而不存在因活性組分脫落而影響光催化效果的特點，本發明製備的漂浮型多孔晶態TiO2陶瓷膜，不發生團聚，光催化活性高，可以應用於湖泊、海洋、城市汙水、工業廢水等水處理領域。


圖1漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜製備工藝流程圖；圖2漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜及在水中漂浮形態圖片；圖3漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜表面的SEM圖。
具體實施例方式本發明技術方案不僅局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜光催化劑的製備方法是按以下步驟進行的一、試劑的混合按照質量份數比稱取30 50份的高熱穩定性TiO2粉體材料、100 150份的溶劑、1 2份的分散劑和1 2份的粘結劑，然後將上述稱取的試劑攪拌混合5 lOmin，即得混合試劑；二、球磨將步驟一製得的混合試劑在20°C 80°C 溫度下球磨10 60h，即得料漿；三、輕質載體混合將步驟二得到的料漿與20 800目中空材料混合均勻，即得混合料漿；四、陶瓷膜成型將步驟三得到的混合料漿刮塗成厚度為Iym IOmm膜，然後在-25°C :35°C溫度下冷凍10 120min ；五、乾燥升華將步驟四冷凍後的混合料漿在_25°C 35°C溫度下進行乾燥10 100h，即得素坯；六、熱處理在氣體保護下，將步驟五製得的素坯放入焙燒爐中，以1 15°C /min的速度升溫至600°C 1600°C並保持1 5h，然後冷卻，即得漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑；步驟一所述的溶劑為去離子水、莰烯、叔丁醇、乙腈或六甲基二矽胺烷；步驟一所述的分散劑為聚丙烯酸銨、Texaphor3250, CH-2型有機分散劑、CH-3型有機分散劑、CH-5型有機分散劑或963 型有機相分散劑；步驟一所述的粘結劑為聚乙烯醇或聚苯乙烯；步驟三所述的中空材料為膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、膨脹石墨、浮石或中空玻璃微珠；步驟六所述的保護氣體的流量為 100 1000cm3/so本實施方式的工藝流程如圖1所示。本實施方式有益效果本實施方式製備工藝簡單，實驗設備簡單，成本低，效益高，易於實現商業化。本實施方式製備的漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜，密度為0. 1 1. Og/cm3, 由於成型產品宏觀尺寸可達1 100cm2，因此採用網捕方式回收，回收率可達100%，另外， 光催化劑穩定性好，整個陶瓷膜完全由光催化活性組分構成，因而不存在因活性組分脫落而影響光催化效果的特點，本實施方式製備的漂浮型多孔晶態TiO2陶瓷膜，不發生團聚，光催化活性高，可以應用於湖泊、海洋、城市汙水、工業廢水等水處理領域。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的步驟四的陶瓷膜成型是將混合料漿刮塗成厚為1 μ m IOmm的膜再冷凍，或者先將混合料漿冷凍10 120min，然後再刮塗成厚為Ιμπι IOmm的膜。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一至二不同的是步驟二所述的將步驟一製得的混合試劑在40°C 60°C環境下球磨。其它與具體實施方式
一至二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三不同的是步驟二所述的將步驟一製得的混合試劑在20°C 80°C環境下球磨20 40h。其它與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四不同的是步驟四所述的冷凍時間為40 80min。其它與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟五所述的乾燥時間為40 80h。其它與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六不同的是步驟五所述的乾燥是指冷凍乾燥機乾燥、真空乾燥或通風櫥內乾燥。其它與具體實施方式
一至六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟六所述的升溫至800°C 1200°C。其它與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八不同的是步驟六所述的氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣的一種氣體或幾種按任意比混合的氣體。其它與具體實施方式
一至八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九不同的是步驟六所述的保護氣體的流量為300 700cm7s。其它與具體實施方式
一至九相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一至十不同的是步驟二所述的球磨還可以用磁力攪拌、機械攪拌或超聲分散。其它與具體實施方式
一至十相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至十一不同的是本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三所述的輕質載體混合為球磨、玻璃棒攪拌、超聲分散或磁力攪拌。其它與具體實施方式
一至十一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十二不同的是步驟四所述的陶瓷膜成型的成膜方式還可以為流延成膜、塗覆成膜、噴塗成膜或濺射成膜。其它與具體實施方式
一至十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一至十三不同的是步驟六所述的焙燒是在馬弗爐、管式爐、微波爐或電熱爐中進行的。其它與具體實施方式
一至十三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟一所述聚苯乙烯為20 50萬分子量的聚苯乙烯。其它與具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一至十五不同的是步驟四陶瓷膜
5成型所述的冷凍溫度為0°c 25°C。其它與具體實施方式
一至十五相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一至十六不同的是步驟四乾燥升華所述的乾燥溫度為4°C 25°C。其它與具體實施方式
一至十六相同。通過以下試驗驗證本發明的效果製備漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑一、試劑的混合稱取2g的高熱穩定性TiO2粉體材料、IOg的莰烯、0. 075g的分散劑Texaphor3250和0. 075g的聚乙烯醇，然後將上述試劑攪拌混合5min，即得混合試劑；二、球磨粉料將步驟一製得的混合試劑在60°C 內部溫度條件下球磨30h，得料漿待用；三、輕質載體混合將步驟二球磨後的料漿與400目膨脹珍珠巖進行攪拌混合，即得混合料漿；四、陶瓷膜成型將步驟三的混合料漿刮塗成厚度為6mm膜在25°C環境下冷凍，冷凍SOmin ；五、乾燥升華將步驟四冷凍後的料漿在通風櫥中，25°C的條件下進行乾燥50h，即得素坯；六、熱處理在馬弗爐中焙燒步驟五製得的素坯，焙燒過程中通入氬氣進行保護，通入氬氣流量為1000cm7s，然後以15°C /min的速度升溫，升溫至1000°C，保持池，冷卻後，即得漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑。本試驗製得的漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑如圖2，圖3所示，通過圖2， 圖3可知本發明將TiA納米顆粒燒製成膜，膜厚在Iym IOmm之間，密度為l.Og/cm3，並且成型的陶瓷膜可以在水中實現漂浮，陶瓷膜中的TW2顆粒大小在20 30nm之間，多孔陶瓷孔徑在100 200 μ m之間。製成的漂浮型多孔晶態T^2泡沫陶瓷具有輕質、光催化性能好、便於汙染物擴散降解的優點。將本試驗製得的漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑，進行光催化降解的應用試驗，採用IOg陶瓷膜、IOW紫外光、照射12h，對IOOmL水體中難降解有毒有害有機汙染物、浮油、致病菌、藻毒素、病毒等進行處理。通過以上驗證試驗可知本發明製得的漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑處理效率達到99. 9%，TiO2陶瓷膜光催化使用後還可以採用網捕的方式進行回收，回收率達 100%，回收後的TW2陶瓷膜可以反覆使用。
權利要求
1.漂浮型多孔晶態TiO2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於漂浮型多孔晶態TW2 陶瓷膜光催化劑的製備方法是按以下步驟進行的一、試劑的混合按照質量份數比稱取 30 50份的高熱穩定性TiO2粉體材料、100 150份的溶劑、1 2份的分散劑和1 2 份的粘結劑，然後將上述稱取的試劑攪拌混合5 lOmin，即得混合試劑；二、球磨將步驟一製得的混合試劑在20°C 80°C溫度下球磨10 60h，即得料漿；三、輕質載體混合將步驟二得到的料漿與20 800目中空材料混合均勻，即得混合料漿；四、陶瓷膜成型將步驟三得到的混合料漿刮塗成厚度為1 μ m IOmm膜，然後在-25°C 35°C溫度下冷凍 10 120min ；五、乾燥升華將步驟四冷凍後的混合料漿在_25°C 35°C溫度下進行乾燥 10 100h，即得素坯；六、熱處理在氣體保護下，將步驟五製得的素坯放入焙燒爐中，以 1 15°C /min的速度升溫至600°C 1600°C並保持1 釙，然後冷卻，即得漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑；步驟一所述的溶劑為去離子水、莰烯、叔丁醇、乙腈或六甲基二矽胺烷；步驟一所述的分散劑為聚丙烯酸銨、TeXaphOr3250、CH-2型有機分散劑、CH-3型有機分散劑、CH-5型有機分散劑或963型有機相分散劑；步驟一所述的粘結劑為聚乙烯醇或聚苯乙烯；步驟三所述的中空材料為膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、膨脹石墨、浮石或中空玻璃微珠； 步驟六所述的保護氣體的流量為100 1000cm7s。
2.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態T^2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟四的陶瓷膜成型是將混合料漿刮塗成厚為1 μ m IOmm的膜再冷凍，或者先將混合料漿冷凍10 120min，然後再刮塗成厚為1 μ m IOmm的膜。
3.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態T^2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟二所述的將步驟一製得的混合試劑在40°C 60°C環境下球磨。
4.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態TW2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟二所述的將步驟一製得的混合試劑在20°C 80°C環境下球磨20 40h。
5.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟四所述的冷凍時間為40 80min。
6.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態T^2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟五所述的乾燥時間為40 80h。
7.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟五所述的乾燥是指冷凍乾燥機乾燥、真空乾燥或通風櫥內乾燥。
8.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態TiA陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟六所述的升溫至800°C 1200°C。
9.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態T^2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟六所述的氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣的一種氣體或幾種按任意比混合的氣體。
10.根據權利要求1所述的漂浮型多孔晶態T^2陶瓷膜光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟六所述的保護氣體的流量為300 700cm7s。
全文摘要
漂浮型多孔晶態TiO2陶瓷膜光催化劑的製備方法，它涉及一種TiO2陶瓷膜光催化劑的製備方法。本發明要解決現有粉末態TiO2不易回收，光透過性差，負載型TiO2光催化劑負載率低，活性組分容易脫落，難以實際應用的問題。本發明的方法如下一、試劑的混合；二、球磨粉料；三、輕質載體混合；五、陶瓷膜成型；六、乾燥升華；七、熱處理。本發明可以製備密度為0.1～1.0g/cm3在水中可以長期漂浮的TiO2陶瓷膜光催化劑，該發明具有工藝簡單，易於商業化的特點，應用於湖泊、海洋、城市汙水、工業廢水等水處理領域。
文檔編號B01J21/18GK102513075SQ201110363768
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者付宏剛, 周衛, 潘凱, 田國輝, 田春貴, 邢子鵬 申請人:黑龍江大學