本發明專利技術提供了一種微米級負載型TiO2催化劑的制備方法，其制備方法包括以下步驟：載體的預處理、水解緩沖液的配制、微米級負載型TiO2催化劑的制備。本發明專利技術以微米級MCM-41介孔分子篩為載體，通過溶膠-凝膠法在載體孔道內原位生成TiO2納米晶粒，其質量比為20%-70%。MCM-41介孔分子篩與TiO2耦合后制備成高活性微米級負載型TiO2催化劑，提高了納米TiO2粉體在水介質中的分散性，易于分離回收，有效提高了TiO2光催化劑的光催化活性，采用微孔濾膜對其進行過濾回收，回收率可達100%。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無機功能材料和精細化工制備技術，是一種微米級負載型TiO2催化劑的制備方法。
技術介紹
光催化技術是一種新興的綠色水處理技術，其具有反應條件溫和、能礦化絕大多數有機物和消除重金屬離子污染等突出優點，已成為處理難降解廢水的有效方法。在眾多的半導體氧化物中，TiO2因其具有高效、無毒、化學性質穩定等優點，在難降解有機物礦化和去除重金屬離子毒性等處理中具有獨特的優勢，是一種極具發展前途的水處理技術。納米級粒徑TiO2催化劑具有量子尺寸效應和量子隧穿效應等特性，具有較高的光量子效率和光催化活性。由于納米級TiO2粒子難于從水介質分離，從而限制了納米級粒徑TiO2催化劑在實際水處理工藝中的應用。微米級大粒徑TiO2易于從水介質分離，但由于量·子產率較低，難以滿足光催化降解反應要求。如何在保持其高量子產率的同時，解決光催化劑的回收問題成為光催化氧化技術應用的瓶頸問題之一。研究認為，將納米TiO2光催化劑負載于尺寸較大且性質穩定的載體表面，制備出微米級可分離型TiO2是解決這一問題的有效途徑之一。MCM-41介孔分子篩是一種優良的催化劑載體，被廣泛的用于多相催化領域和環保領域。研究發現將TiO2納米晶粒負載到MCM-41分子篩孔道內壁，在保留TiO2原有高催化活性的基礎上，結合MCM-41分子篩多孔吸附性和微米級特性，可在進一步提高復合催化劑催化活性的基礎上達到微米級分離回收的目的。
技術實現思路
為解決上述技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種微米級負載型TiO2催化劑的制備方法，以微米級MCM-41分子篩為負載載體，利用介孔結構及化學性質穩定等優點，將TiO2納米晶粒負載到其孔道內壁，以利于對污染物的吸附降解和催化劑的分離回收。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是提供微米級負載型TiO2催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟( I)載體的活化預處理以微米級MCM-41介孔分子篩為微米級負載型TiO2催化劑載體，將所述MCM-41介孔分子篩置于馬弗爐中，采用熱處理晶化成型階梯升溫保溫法進行熱處理活化MCM-41介孔分子篩，活化步驟為在lh-2h時間內升溫到200°C _250°C，恒溫lh_2h ;然后在lh_2h時間內升溫到350°C -400°C，恒溫lh-2h ;最后在lh_2h時間內升溫到550°C -600°C，恒溫4h_6h ；(2)鈦酸丁酯水解緩沖液的配制將8. 52mL質量分數為36°/Γ38%的濃鹽酸，加入到已裝有無水乙醇溶劑的IOOOmL容量瓶中配制成的O. lmol/L的鹽酸乙醇溶液作為鈦酸丁酯水解緩沖液；(3)微米級負載型TiO2催化劑制備工藝 制備原料鈦酸丁酯、無水乙醇、鈦酸丁酯水解緩沖液、蒸餾水反應物質體積比為鈦酸丁酯無水乙醇鈦酸丁酯水解緩沖液蒸餾水+鈦酸丁酯水解緩沖液=10:10:20-100:2. 1+5 ；將鈦酸丁酯和無水乙醇置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到鈦酸丁酯組分，即A組分；將蒸餾水與水解緩沖液置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到蒸餾水組分，即C組分；將I. 01g-9. 40g活化之后的MCM-41介孔分子篩與20ml-100ml水解緩沖液置于燒杯中混合，超聲分散時間5-20min，使載體在水解緩沖液中分散均勻，置于磁力攪拌器上進行攪拌，得到水解緩沖液體系，即B組分。在15°C _35°C溫度下，將A組分和C組分滴加到B組分中，通過鈦酸丁酯的水解-縮聚反應來實現微米級負載型TiO2催化劑的制備；負載方法采用孔道水解原位生成法，通過超聲波處理來實現鈦酸丁酯孔道水解和原位生成；向B組分中滴加A組分，2min-10min時間之后開始滴加C組分；滴加期間對鈦酸丁酯水解體系間歇進行超聲處理，形成溶膠，繼續攪拌，直至形成凝膠，將凝膠體系放置陳化時間為12h-24h，在溫度為100°C -120°C范圍內烘干12h_24h，形成乳白色固體顆粒，置于馬弗爐中，在400°C-70(TC中灼燒2h-5h后，冷卻、研磨、過篩，即得到微米級負載型TiO2催化劑。本專利技術的效果及優點I、在催化劑制備過程中，采用O. Imol / L的鹽酸乙醇溶液作水解緩沖液能夠有效延緩鈦酸丁酯的快速水解-縮聚反應，具有縮短溶膠時間、簡化制備工藝等優點。2、在微米級負載型TiO2催化劑制備過程中采用超聲分散，超聲波的處理可以使MCM-41分子篩在緩沖液中充分分散；并且在A組分滴加過程中使鈦酸丁酯分子能夠充分的擴散到分子篩孔道內進行水解，能有效解決TiO2納米粒子在MCM-41分子篩載體表面的堆積團聚問題。3、采用該法制備的微米級負載型TiO2催化劑的負載牢固度較高，在制備過程中TiO2與MCM-41孔道表面的=Si-OH以化學鍵連接，生成Si-O-Ti鍵；Ti-0_Si鍵的形成有效的提高了此微米級負載型TiO2催化劑的負載牢固度。4、該微米級負載型TiO2催化劑在光催化處理廢水過程中不粘付在反應器及光源表面，采用微濾膜(孔徑O. 45um)可回收該微米級負載型TiO2催化劑，回收率可達100%，不會造成膜污染。附圖說明圖I為本專利技術微米級負載型TiO2催化劑制備的結構簡圖。具體實施例方式結合下列實施例對本專利技術的微米級負載型TiO2催化劑的制備方法加以說明。如圖I所示，本專利技術的微米級負載型TiO2催化劑的制備方法包括以下步驟( I)載體的活化預處理以微米級MCM-41介孔分子篩為微米級負載型TiO2催化劑載體，將所述MCM-41介孔分子篩置于馬弗爐中，采用熱處理晶化成型階梯升溫保溫法進行熱處理活化MCM-41介孔分子篩，活化步驟為在lh-2h時間內升溫到200°C _250°C，恒溫lh_2h ;然后在lh_2h時間內升溫到350°C -400°C，恒溫lh-2h ;最后在lh_2h時間內升溫到550°C -600°C，恒溫4h_6h ；(2)鈦酸丁酯水解緩沖液的配制將8. 52mL質量分數為36% 38%的濃鹽酸，加入到已裝有無水乙醇溶劑的IOOOmL容量瓶中配制成的O. lmol/L的鹽酸乙醇溶 液作為鈦酸丁酯水解緩沖液；(3)微米級負載型TiO2催化劑制備工藝制備原料鈦酸丁酯、無水乙醇、鈦酸丁酯水解緩沖液、蒸餾水反應物質體積比為鈦酸丁酯無水乙醇鈦酸丁酯水解緩沖液蒸餾水+鈦酸丁酯水解緩沖液=10:10:20-100:2. 1+5 ；將鈦酸丁酯和無水乙醇置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到鈦酸丁酯組分，即A組分；將蒸餾水與水解緩沖液置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到蒸餾水組分，即C組分；將I. 01g-9. 40g活化之后的MCM-41介孔分子篩與20ml-100ml水解緩沖液置于燒杯中混合，超聲分散時間5-20min，使載體在水解緩沖液中分散均勻，置于磁力攪拌器上進行攪拌，得到水解緩沖液體系，即B組分。在15°C _35°C溫度下，將A組分和C組分滴加到B組分中，通過鈦酸丁酯的水解-縮聚反應來實現微米級負載型TiO2催化劑的制備；負載方法采用孔道水解原位生成法，通過超聲波處理來實現鈦酸丁酯孔道水解和原位生成；向B組分中滴加A組分，2min-10min時間之后開始滴加C組分；滴加期間對鈦酸丁酯水解體系間歇進行超聲處理，形成溶膠，繼續攪拌，直至形成凝膠，將凝膠體系放置陳化時間為12h-24h，在溫本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種微米級負載型TiO2催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：（1）載體的活化預處理以微米級MCM？41介孔分子篩為微米級負載型TiO2催化劑載體，將所述MCM？41介孔分子篩置于馬弗爐中，采用熱處理晶化成型階梯升溫保溫法進行熱處理活化MCM？41介孔分子篩，活化步驟為：在1h？2h時間內升溫到200℃？250℃，恒溫1h？2h；然后在1h？2h時間內升溫到350℃？400℃，恒溫1h？2h；最后在1h？2h時間內升溫到550℃？600℃，恒溫4h？6h；（2）鈦酸丁酯水解緩沖液的配制將8.52mL質量分數為36%~38%的濃鹽酸，加入到已裝有無水乙醇溶劑的1000mL容量瓶中配制成的0.1mol/L的鹽酸乙醇溶液作為鈦酸丁酯水解緩沖液；（3）微米級負載型TiO2催化劑制備工藝制備原料:鈦酸丁酯、無水乙醇、鈦酸丁酯水解緩沖液、蒸餾水反應物質體積比為：鈦酸丁酯：無水乙醇：鈦酸丁酯水解緩沖液：蒸餾水+鈦酸丁酯水解緩沖液=10:10:20？100:2.1+5；將鈦酸丁酯和無水乙醇置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到鈦酸丁酯組分，即A組分；將蒸餾水與水解緩沖液置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到蒸餾水組分，即C組分；將1.01g？9.40g活化之后的MCM？41介孔分子篩與20ml？100ml水解緩沖液置于燒杯中混合，超聲分散時間5？20min，使載體在水解緩沖液中分散均勻，置于磁力攪拌器上進行攪拌，得到水解緩沖液體系，即B組分。在15℃？35℃溫度下，將A組分和C組分滴加到B組分中，通過鈦酸丁酯的水解？縮聚反應來實現微米級負 載型TiO2催化劑的制備；負載方法采用孔道水解原位生成法，通過超聲波處理來實現鈦酸丁酯孔道水解和原位生成；向B組分中滴加A組分，2min？10min時間之后開始滴加C組分；滴加期間對鈦酸丁酯水解體系間歇進行超聲處理，形成溶膠，繼續攪拌，直至形成凝膠，將凝膠體系放置陳化時間為12h？24h，在溫度為100℃？120℃范圍內烘干12h？24h，形成乳白色固體顆粒，置于馬弗爐中，在400℃？700℃中灼燒2h？5h后，冷卻、研磨、過篩，即得到微米級負載型TiO2催化劑。...
【技術特征摘要】
1.一種微米級負載型TiO2催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟 (1)載體的活化預處理 以微米級MCM-41介孔分子篩為微米級負載型TiO2催化劑載體，將所述MCM-41介孔分子篩置于馬弗爐中，采用熱處理晶化成型階梯升溫保溫法進行熱處理活化MCM-41介孔分子篩，活化步驟為在lh_2h時間內升溫到200°C _250°C，恒溫lh_2h ;然后在lh_2h時間內升溫到350°C _400°C，恒溫lh-2h ;最后在lh_2h時間內升溫到550°C _600°C，恒溫4h_6h ； (2)鈦酸丁酯水解緩沖液的配制 將8. 52mL質量分數為36°/Γ38%的濃鹽酸，加入到已裝有無水乙醇溶劑的IOOOmL容量瓶中配制成的O. lmol/L的鹽酸乙醇溶液作為鈦酸丁酯水解緩沖液； (3)微米級負載型TiO2催化劑制備工藝 制備原料鈦酸丁酯、無水乙醇、鈦酸丁酯水解緩沖液、蒸餾水 反應物質體積比為鈦酸丁酯無水乙醇鈦酸丁酯水解緩沖液蒸餾水+鈦酸丁酯水解緩沖液=10:10:20-100:2. 1+5 ； 將鈦酸丁酯和無水乙醇置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到鈦酸丁酯組分，即A組分；將蒸餾水與水解緩沖液置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到蒸餾水組分，即C組分；將I.01g-9. 40g活化之后的MCM-41介孔分子篩與20ml-100ml水解緩沖液置于燒杯中混合，超聲分散時間5-20min，使載體在水解緩沖液中分散均勻，置于磁力攪拌器上進行攪拌，得到水解緩沖液體系，即B組分。在15°C _35°C溫度下，將A組分和C...
【專利技術屬性】
技術研發人員：費學寧，解立平，劉玉茹，董業碩，姜遠光，
申請(專利權)人：天津城市建設學院，
類型：發明
國別省市：
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