CN102039117B - 以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法 - Google Patents

以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法。将沉淀白炭黑加水搅拌制浆，加酸调节pH值后对浆料降温，然后依次加入TiCl4溶液，硫酸铵溶液进行反应；将反应液升至一定温度后加入碳酸铵溶液调节溶液的pH值，然后陈化一定时间；最后将反应产物过滤、洗涤、干燥和煅烧，即得沉淀白炭黑负载纳米TiO2复合材料。这种复合材料在紫外光和可见光下均具有优良的光催化性能，日光灯下，24h内对甲醛的降解去除率大于80％。

Description

以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法
1.技术领域
本发明涉及一种以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法，属于无机化工与光催化材料领域。
2.背景技术
20世纪70年代以来，纳米TiO2已被证实是一种高效、无毒、性能稳定的光催化材料。但实际使用中存在两大问题。
一是纯纳米TiO2易团聚和难以回收。将其负载在合适的载体材料上是目前研究解决其易团聚和难以回收的主要方法之一。目前研究的用于负载纳米TiO2的载体材料主要有活性炭、分子筛、沸石、膨润土、海泡石、玻璃、陶瓷、硅藻土等。沉淀白炭黑是一种用水玻璃为主要原料生产的非晶质二氧化硅粉体材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔径小、化学稳定性好等特点，是一种具有性能优势和成本比较优势的纳米二氧化钛载体材料。
二是纯纳米TiO2光催化剂自然光利用率不高。TiO2是一种宽禁带半导体，其锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，只有波长较短的紫外光(300～400nm)才能被其吸收和利用，极大地限制了纳米TiO2光催化剂的应用范围。因此，利用可见光激发是研究TiO2光催化剂的一个重要目标，而掺杂则是解决其高效利用可见光或自然光的主要途径。目前研究采用的掺杂方式主要有两种：非金属掺杂和金属掺杂。金属离子掺杂能够有效地拓展TiO2的可见光响应，但是金属离子掺杂的TiO2热稳定性较差，掺杂金属容易成为电子空穴复合中心，有些掺杂方法需要昂贵的离子注入仪器；非金属掺杂的TiO2不仅在可见光区有较好的响应和表现出较强的光催化活性，且这种光催化活性是不以牺牲UV激发下光活性为代价，可克服金属离子掺杂的缺陷。而用与纳米TiO2化学成分完全不同的非金属材料作为载体制备负载型纳米TiO2复合材料，对于纳米TiO2这种光催化剂来说本身也是一种掺杂方式，可以提高纳米TiO2对可见光的利用率。
本发明针对目前纳米TiO2光催化材料存在的问题，以沉淀白炭黑为载体，提出一种白炭黑负载纳米TiO2复合材料的制备方法。这种负载型纳米二氧化钛复合材料不仅可以提高纳米二氧化钛材料对可见光的利用率和光催化性能，而且实用性好。
3.发明内容
将沉淀白炭黑加水搅拌制浆，加酸调节pH值后对浆料降温，然后依次加入TiCl4溶液，硫酸铵溶液进行反应；将反应液升至一定温度后加入碳酸铵溶液调节溶液的pH值并陈化一定时间；最后将反应产物过滤、洗涤、干燥和煅烧，即得沉淀白炭黑负载纳米TiO2材料。
其工艺步骤如下：
(1)沉淀白炭黑浆液制备  将沉淀白炭黑加水搅拌制浆并加酸调至一定pH值；
(2)纳米TiO2负载  对浆液进行降温，待温度降至10℃以下后依次加入四氯化钛溶液和硫酸铵溶液进行反应；然后对反应液进行升温，待反应液温度升至20℃以上后加入碳酸铵溶液调节反应液的pH值并陈化；
(3)将步骤(2)反应产物过滤、洗涤，干燥、煅烧。
以下为本发明的配方和主要工艺条件：
(1)沉淀白炭黑浆液制备
清水与沉淀白炭黑的质量比＝100∶1～10；浆液pH值为1.5～3.0。
(2)纳米TiO2负载
①原、辅料质量比为沉淀白炭黑∶四氯化钛∶硫酸铵＝100∶20～200∶30～180；
②用碳酸铵溶液调节反应液的pH值至4～6；
③陈化温度20～50℃；陈化时间0.5～2.0h。
(3)负载产物过滤、干燥与煅烧
干燥温度100～200℃；煅烧温度350～900℃，保温时间为1～6h。
下面通过实施例对本发明做进一步阐述，本发明的保护范围不受所举之例的限制。
用本发明制备的沉淀白炭黑负载纳米TiO2复合材料，沉淀白炭黑颗粒表面上负载了主要晶型为锐钛型的纳米TiO2粒子；TiO2晶粒度为10～20nm。
沉淀白炭黑负载纳米TiO2复合材料在紫外光和可见光下均具有优良的光催化性能，紫外光下20min内对罗丹明B溶液的光催化降解率达到90％以上；日光灯下，24h内对甲醛的降解去除率大于80％。
4.附图内容
附图1是本发明的工艺流程图。
5.具体实施方式
实施例一：
取沉淀白炭黑30kg，加水1500L、用盐酸调节pH值至2，搅拌分散并冷却至5℃后依次加入配制好的质量浓度为50％的四氯化钛水溶液62L和浓度为200g/L的硫酸铵溶液150L；搅拌反应并升温至30℃后加入碳酸铵调节反应液pH值为5.0，然后在30℃温度下陈化1.0h；将反应产物过滤、经闪蒸式干燥机干燥后在连续式回转炉中控温620～650℃下煅烧4h，即得沉淀白炭黑负载纳米TiO2材料。
实施例二：
取沉淀白炭黑30kg，加水1800L、用盐酸调节pH值至2，搅拌分散并冷却至4℃后依次加入配制好的质量浓度为50％的四氯化钛水溶液80L和浓度为200g/L的硫酸铵溶液200L；搅拌反应并升温至30℃后加入碳酸铵调节反应液pH值为4.5，然后在30℃温度下陈化1.0h；将反应产物过滤、经闪蒸式干燥机干燥后在连续式回转炉中控温620～650℃下煅烧4h，即得沉淀白炭黑负载纳米TiO2材料。
实施例三：
取沉淀白炭黑60kg，加水1800L、用盐酸调节pH值至2，搅拌分散并冷却至5℃后依次加入配制好的质量浓度为50％的四氯化钛水溶液124L和浓度为200g/L的硫酸铵溶液300L；搅拌反应并升温至28℃后加入碳酸铵调节反应液pH值为5.0，然后在30℃温度下陈化1.0h；将反应产物过滤、经闪蒸式干燥机干燥后在连续式回转炉中控温620～650℃下煅烧4h，即得沉淀白炭黑负载纳米TiO2材料。
表1为实施例所得产品的检测结果。
表1  实施例样品的检测分析结果
Figure G2009100936400D00031
注：[1]0.1g复合材料样品加入100mL浓度为10mg/L的罗丹明B溶液中；
[2]1m3的密闭玻璃箱内放入盛有3μL甲醛的培养皿和涂有8g复合材料样品的玻璃板，箱内甲醛气体初始浓度0.7mg/m3；30W日光灯连续照射。

Claims (1)

1.一种以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法，其特征在于其制备工艺步骤为：
(1)沉淀白炭黑浆液制备：将沉淀白炭黑加清水搅拌制浆并加酸调至pH值为1.5～3.0，清水与沉淀白炭黑的质量比为100∶1～10；
(2)纳米TiO2负载：对步骤(1)所述浆液进行降温，待温度降至10℃以下后依次加入四氯化钛溶液和硫酸铵溶液进行反应，然后对反应液进行升温，待反应液温度升至20℃以上后加入碳酸铵溶液调节反应液的pH值并陈化，原、辅料质量比为沉淀白炭黑∶四氯化钛∶硫酸铵＝100∶20～200∶30～180，反应终点pH值为4～6，陈化温度20～50℃，陈化时间0.5～2.0h；
(3)将步骤(2)反应产物过滤、洗涤、干燥、煅烧，煅烧工艺条件为：煅烧温度350～900℃，保温时间1～6h。
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Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY|CHINA University OF MINING AND TECHNOLOGY BEIJING

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Denomination of invention: Preparation method of supported nano TiO[sub]2[/sub] composite material using precipitated white carbon as carrier

Granted publication date: 20120808

License type: Exclusive License

Record date: 20160203

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