一種MCM-41@TiO₂吸附-光催化納米複合材料及其製備方法

2023-07-01 14:32:46

專利名稱：一種MCM-41@TiO2吸附-光催化納米複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明ー種吸附-光催化納米複合材料及其製備方法，具體涉及ー種MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料及其製備方法。屬於環境材料領域。
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カ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MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料。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
本發明目的是提出ー種MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料及其製備方法，以該方法製備的MCM-41短孔道納米小球吸附劑材料能利用其高比表面積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。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現ー種MCM_41@Ti02吸附-光催化納米複合材料的製備方法，包括以下步驟1)在40°C水浴條件下，將一定量的吸附劑MCM-41短孔道納米小球加入到叔丁醇溶液中，攪拌1^2小時；2)再加入一定量的こニ醇，攪拌30飛0分鐘；3)將ー定量的TiCl4滴加到步驟2)的溶液中，攪拌4飛小時；4)然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在15(T160°C條件下處理疒3天，樣品取出後離心、洗滌、8(T10(TC烘乾後即得到MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料，所得樣品再進行後續焙燒。步驟3)中，TiCl4在混合溶液中的體積百分數為l:4(Tl:400。所述的叔丁醇和こニ醇的體積比為1:3 3:1。實驗中將叔丁醇替換為其他醇(甲醇、こ醇、苯甲醇)則無法得到所需樣品。只加叔丁醇或只加こニ醇也無法獲得所需樣品。步驟I)中，所述的吸附劑MCM-41短孔道納米小球與溶液的質量體積比為1:20 1:800。根據上述方法製得的MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料，TiO2以小於20nm顆粒的形式負載於吸附劑MCM-41的表面，TiO2為銳鈦礦的晶相結構，複合材料的比表面積在 200 1000m2/g。本發明採用原位醇熱技術在吸附劑(MCM-41短孔道納米小球)上負載納米TiO2,製備MCM-41@Ti02吸附-光催化複合材料。通過控制TiCl4、叔丁醇、こニ醇和MCM-41的比例，可製備不同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MCM-41@Ti02_3樣品的掃描電鏡圖。圖2為MCM-41@Ti02_3樣品的透射電鏡圖。圖3 為 MCM-41@Ti02_3 樣品的 XRD 圖。圖4為不同TiO2負載量MCM_41@Ti02樣品的模擬汙染物去除實驗圖。圖5MCM-41@Ti02_3樣品循環使用實驗圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖進一步闡述本發明的技術特點。實施例1在40°C水浴條件下，將0. 8g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經700°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OTiO2-1實施例2在40°C水浴條件下，將0. 6g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經700°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_2實施例3在40°C水浴條件下，將0. 4g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經700°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_3實施例4在40°C水浴條件下，將0. 2g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經700°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_4實施例5在40°C水浴條件下，將0.1g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經700°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_5實施例6在40°C水浴條件下，將0. 4g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾。標記為MCM-4IOTi02-6實施例7在40°C水浴條件下，將0. 4g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經400°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_7實施例8`在40°C水浴條件下，將0. 4g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經500°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_8實施例9在40°C水浴條件下，將0. 4g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經600°C，4小時焙燒。標記為MCM-41OT i 02_8實施例10在40°C水浴條件下，將0. 4g MCM-41短孔道納米小球加入到60mL叔丁醇溶液中，攪拌2小時；再加入20mLこニ醇，攪拌60分鐘；最後將0. 28mL TiCl4滴加到上述溶液中，攪拌4小時；然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在160°C條件下處理2天，樣品取出後離心、洗滌、80°C烘乾，所得樣品經800°C，4小時焙燒。標記為MCM-4IiTiO2-1O由圖1可見樣品中TiO2以納米粒子的形貌負載於MCM-41短孔道納米小球的表面。TiO2顆粒的粒徑約為l(Tl5nm。由圖2可見樣品中MCM-41負載TiO2納米顆粒後仍然保持者有序的孔道結構，TiO2納米顆粒負載於MCM-41表面。TiO2顆粒的粒徑在20nm左右。由圖3可見樣品中TiO2以銳鈦礦相存在，且未發現其他相。模擬汙染物降解實驗
在本實驗過程中，稱取吸附光催化劑50mg,使用520±10ppm甲苯作為模擬氣體。先進行暗光吸附2. O小時，每O. 5小時採集一次氣體樣品，用氣相色譜進行含量分析。達到吸附平衡後，打開氙燈光源，進行光催化降解過程，每1. O小時採集氣體一次進行含量分析。圖4為不同TiO2負載量MCM_41@Ti02樣品的模擬汙染物去除實驗圖。圖中的前2. O小時為暗吸附過程，2. O小時以後為光催化降解過程。從圖中可以看出，MCM-41@Ti02-3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65%。由圖5可見，樣品在經過9次循環實驗後仍然保持較好的吸附能力和光催化能力，在1. O小時內對甲醛的去除率達到近30%，經光催化處理4. O小時後對甲苯的總去除率超過65%。上述實施例應理解為僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。在閱讀了本發明記載的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的範圍。
權利要求
1.一種MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料，其特徵在於Ti02以小於20nm顆粒的形式負載於吸附劑MCM-41的表面，TiO2為銳鈦礦的晶相結構，複合材料的比表面積在200 1000m2/g。
2.一種製備權利要求1所述MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料的方法，其特徵在於其步驟如下1)在40°C水浴條件下，將一定量的吸附劑MCM-41短孔道納米小球加入到叔丁醇溶液中，攪拌廣2小時；2)再加入一定量的乙二醇，攪拌3(Γ60分鐘；3)將一定量的TiCl4滴加到步驟2)的溶液中，攪拌4飛小時；4)然後將混合液轉移到不鏽鋼釜中，在15(Tl60°C條件下處理2 3天，樣品取出後離心、洗滌、8(Tl00°C烘乾後即得到MCM_41@Ti02吸附-光催化納米複合材料。
3.根據權利要求2所述的MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料的製備方法，其特徵在於步驟3)中，TiCl4在混合溶液中的體積百分數為l:4(Tl:400。
4.根據權利要求2所述的MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料的製備方法，其特徵在於所述的叔丁醇和乙二醇的體積比為1:3 3:1。
5.根據權利要求2所述的MCM-41@Ti02吸附-光催化納米複合材料的製備方法，其特徵在於步驟I)中，所述的吸附劑MCM-41短孔道納米小球與溶液的質量體積比為1:20 1:800。
全文摘要
本發明公開了一種MCM-41@TiO2吸附-光催化納米複合材料及其製備方法，採用原位醇熱技術在吸附劑上負載納米TiO2，製備MCM-41@TiO2吸附-光催化複合材料。通過控制TiCl4、叔丁醇、乙二醇和MCM-41的比例，可製備不同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。
文檔編號B01D53/86GK103028371SQ20121052909
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者朱建, 曹豔鳳, 喬潔瓊, 姚昱岑, 李和興 申請人:上海師範大學