一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料及其製備方法和應用的製作方法

2023-07-01 14:32:16 1

專利名稱：一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境材料領域，具體涉及一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料及其製備方法。
背景技術：
近年來環境汙染問題日趨突出，已成為阻礙社會生產力發展和影響人民身體健康的重要原因，因而有效的利用現有技術開發新型實用的環保技術是21世紀影響人類生存和健康的戰略性課題。在影響人類健康的環境汙染中，室內空氣汙染因其不易被察覺而容易被人們忽視。事實上人們每天平均大約有80%以上的時間在室內度過，雖然室內汙染物的濃度較低，但由於接觸時間很長，故其累積接觸量很高。導致室內空氣汙染的汙染源較多，其中影響人體健康的主要汙染物有甲醛、苯、甲苯等揮發性有機汙染物，它們是導致多種惡性病和慢性病發生的重要原因。目前，治理室內汙染的方法有吸附法、臭氧氧化法、光催化法、高壓負離子分解法等。吸附法是最常用的空氣淨化技術，其優點是安全、便利、價廉，能夠快速去除汙染物，缺點是存在二次汙染。光催化技術能夠徹底降解有機汙染物，減少二次汙染，其缺點是光催化劑比表面積小，量子效率低，難以實現對空氣中的有機汙染物的低濃度富集，因此光催化效率較低。因此，針對當前室內空氣淨化中存在的問題，我們開發了一種含吸附劑和光催化劑的複合材料，即易再生納米介孔疏水型高容量吸附劑。利用吸附劑快速吸附有機汙染物，而光催化劑在自然光照射下礦化所吸附的有機汙染物，消除二次汙染，並使吸附劑保持高
效工作。

發明內容
本發明目的是提出一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料及其製備方法，以該方法製備的介孔疏水型高容量吸附劑材料能利用吸附劑快速吸附有機汙染物，同時光催化劑在自然光照射下礦化所吸附的有機汙染物，消除二次汙染，並使吸附劑保持高效工作。本發明的技術方案為一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料，比表面積在385 673m2/g，Ti02以顆粒的形式負載於吸附劑的表面，TiO2為銳鈦礦的晶相結構，粒徑為8 15nm ;吸附劑為多孔SiO2或ZSM-5分子篩。這種易再生選擇性吸附-光催化複合材料的製備方法，包括以下步驟(I)將一定量的TiCl4加入到叔丁醇和乙醚的混合溶液中(可在室溫下進行)，然後攪拌30 60分鐘JiCl4與叔丁醇和乙醚的混合溶液的體積比為I : 40 I : 400 ;所述的叔丁醇和乙醚的混合溶液中，叔丁醇和乙醚的體積比為I : 3 3 : I，優選為I : 3 1:1;(2)再將一定量的吸附劑(多孔SiO2或ZSM-5分子篩)加入到上述混合溶液中，超聲分散5 10分鐘；所述吸附劑與TiCl4的用量比為O. I 10g/ml ；
更優選的，混合溶液與吸附劑的體積質量比為20 400ml/g ；(3)將步驟⑵得到的混合液在80 100°C條件下處理8 12小時，離心或過濾取出固體後洗滌即得到易再生選擇性吸附-光催化複合材料，不需要再進行後續焙燒。根據上述方法製得的易再生選擇性吸附-光催化複合材料，TiO2以小於15nm顆粒的形式負載於吸附劑的表面，TiO2為銳鈦礦的晶相結構，複合材料的比表面積在385 673m2/g。本發明採用原位醇熱技術在吸附劑(多孔Si02*ZSM_5分子篩)樣品上負載TiO2,製備吸附-光催化複合材料。通過控制TiCl4、醇、乙醚和吸附劑的比例，可製備不同量TiO2負載量的吸附-光催化複合材料。該複合材料在模擬汙染物降解實驗中，通過先吸附再降解的模式可在短時間內快速消除有機汙染物，同時在有水存在時，可優先吸附有機物，並具有良好的使用壽命和再生能力。將叔丁醇替換為其他醇(甲醇、乙醇、苯甲醇)則無法得到所需樣品。醇熱溫度為80 10CTC，如聞於10CTC所得無法得到所需樣品。本發明公開了一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料及其製備方法，採用原位醇熱技術在吸附劑(多孔SiO2或ZSM 5分子篩)樣品上負載TiO2,製備吸附-光催化複合材料。通過控制TiCl4、醇、乙醚和吸附劑的比例，可製備不同量TiO2負載量的吸附-光催化複合材料。該複合材料在模擬汙染物降解實驗中，通過先吸附再降解的模式可在短時間內快速消除有機汙染物。同時在有水存在時，可優先吸附有機物，並具有良好的使用壽命和再生能力。因此，本發明在室內空氣汙染治理方面具有良好的應用前景。


圖1為介孔SiO2樣品的透射電鏡圖。由圖可見樣品具有有序的孔道結構。圖2為介孔Si02/Ti02_3樣品的掃描電鏡圖。由圖可見樣品中TiO2以納米粒子的形貌負載於介孔SiO2小球的表面。TiO2顆粒的粒徑約為10 15nm。圖3為介孔Si02/Ti02_3樣品的XRD圖。由圖可見樣品中TiO2以銳鈦礦相存在，且未發現其他相。圖4為ZSM-5/Ti02_2樣品的透射電鏡圖。由圖可見樣品樣品中TiO2以納米粒子的形貌負載於介孔ZSM-5樣品的表面。TiO2顆粒的粒徑約為10 15nm。圖5為介孔Si02/Ti02_3樣品的模擬汙染物去除實驗圖。圖中的前3. O小時為暗吸附過程，3. O小時以後為光催化降解過程。從圖中可以看出，介孔Si02/Ti02同時具有高效的吸附和持續降解性能。經過進一步的光催化降解可使甲苯的去除率接近90%。圖6為ZSM-5/Ti02_2樣品的模擬汙染物去除實驗圖。圖中的前3. O小時為暗吸附過程，3. O小時以後為光催化降解過程。從圖中可以看出，ZSM-5/Ti02-2同時具有高效的吸附和持續降解性能。經過進一步的光催化降解可使甲苯的去除率接近90%。圖7介孔Si02/Ti02_3樣品循環使用實驗圖。由圖可見，樣品在經過6次循環實驗後仍然保持較好的吸附能力和光催化能力，在I. O小時內對甲醛的去除率達到近50%，經光催化處理5. O小時後對甲苯的總去除率超過80%。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步詳細、完整地說明實施例I室溫下 ，將O. ImL TiCl4加入到IOmL叔丁醇和30mL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌30分鐘；再將O. Ig的多孔SiO2加入到上述溶液中，超聲分散5分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在80°C條件下處理12小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為介孔SiO2/TiO2-I。實施例2室溫下，將ImL的TiCl4加入到IOmL叔丁醇和30mL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌60分鐘；再將O. Ig的多孔SiO2加入到上述溶液中，超聲分散10分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在100°C條件下處理12小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為介孔SiO2/Ti02-2。實施例3室溫下，將ImL的TiCl4加入到IOmL叔丁醇和30mL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌60分鐘；再將Ig的多孔SiO2加入到上述溶液中，超聲分散10分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在80°C條件下處理8小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為介孔SiO2/Ti02-3。實施例4室溫下，將O. 5mL的TiCl4加入到20mL叔丁醇和20mL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌30分鐘；再將Ig的多孔SiO2加入到上述溶液中，超聲分散5分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在90°C條件下處理10小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為介孔SiO2/Ti02-4。實施例5室溫下，將O. 5mL的TiCl4加入到30mL叔丁醇和IOmL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌60分鐘；再將O. 5g的多孔SiO2加入到上述溶液中，超聲分散8分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在90°C條件下處理10小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為介孔SiO2/Ti02-5。實施例6室溫下，將O. 5mL的TiCl4加入到30mL叔丁醇和IOmL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌60分鐘；再將O. 5g的ZSM-5分子篩加入到上述溶液中，超聲分散10分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在80°C條件下處理10小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為ZSM-5/TiO2-I。實施例7室溫下，將O. 5mL的TiCl4加入到30mL叔丁醇和IOmL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌60分鐘；再將I. Og的ZSM-5分子篩加入到上述溶液中，超聲分散10分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在100°C條件下處理8小時，樣品取出後離心、洗滌。實施例8室溫下，將O. ImL TiCl4加入到IOmL叔丁醇和30mL乙醚組成的混合溶液中，然後攪拌30分鐘；再將I. Og的ZSM-5分子篩加入到上述溶液中，超聲分散5分鐘；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在100°C條件下處理12小時，樣品取出後離心、洗滌。標記為ZSM-5/Ti02-2。表I不同TiO2負載量介孔Si02/Ti02複合材料對甲苯和水的吸附值
權利要求
1.一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟包括 (1)將TiCl4加入到叔丁醇和乙醚的混合溶液中，然後攪拌30 60分鐘； (2)再將吸附劑加入到上述溶液中，超聲分散5 10分鐘；所述的吸附劑為多孔SiO2或ZSM-5分子篩； (3)將步驟(2)得到的混合液在80 100°C條件下反應8 12小時，取固體洗滌即得到易再生選擇性吸附-光催化複合材料。
2.權利要求I所述一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟⑴中，TiCl4與叔丁醇和乙醚的混合溶液的體積比為I : 40 I : 400。
3.權利要求I所述一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，叔丁醇和乙醚的體積比為1 : 3 3 1。
4.權利要求I所述一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，叔丁醇和乙醚的體積比為1 : 3 1 : 1。
5.權利要求I所述一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述吸附劑與TiCl4的用量比為O. 1 10g/ml。
6.一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料，其特徵在於，通過權利要求1 5任一項所述的方法製備，包括吸附劑及TiO2,比表面積在385 673m2/g，Ti02以顆粒的形式負載於吸附劑的表面，TiO2為銳鈦礦的晶相結構，粒徑為8 15nm ;吸附劑為多孔SiO2或ZSM-5分子篩。
7.權利要求6所述易再生選擇性吸附-光催化複合材料用於光催化降解甲苯或甲醛。
全文摘要
本發明公開了一種易再生選擇性吸附-光催化複合材料及其製備方法，採用原位醇熱技術在吸附劑(多孔SiO2或ZSM～5分子篩)樣品上負載TiO2，製備吸附-光催化複合材料。通過控制TiCl4、醇、乙醚和吸附劑的比例，可製備不同量TiO2負載量的吸附-光催化複合材料。該複合材料在模擬汙染物降解實驗中，通過先吸附再降解的模式可在短時間內快速消除有機汙染物。同時在有水存在時，可優先吸附有機物，並具有良好的使用壽命和再生能力。
文檔編號B01J20/18GK102614858SQ20121009399
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者呂伏建, 曹豔鳳, 朱建, 李和興 申請人:上海師範大學