一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及制备方法，技术特征在于：，采用Sol-gel法制备稳定的改性TiO2溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛，利用硝酸银见光分解特点将单质银负载在竹炭上，具体做法为将改性纳米TiO2/竹炭复合材料浸入硝酸银溶液中利用光收集器在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。本发明的掺杂改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料具有高效降解有机废水的作用。

权利要求

1.一种制备改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料的方法，所述的改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料原料成份为：1份的钛酸丁酯、0.1～0.2份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1～

0.2份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、0.5份冰乙酸，活化竹炭和0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，6～10份浓度为0.06mol/L～0.1mol/L的硝酸银溶液，所述份数为体积份；其特征在于步骤如下：步骤1：将竹炭在100～200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭；

步骤2：将1份的钛酸丁酯、3～4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0.1～0.2份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1～0.2份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1～2份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液；

步骤3：将B溶液加入A溶液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶，将溶胶陈化24h；

步骤4：将步骤1制备的活化竹炭投入到步骤3制得的陈化溶胶中，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下、频率为45KHz的超声下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；所述活化竹炭的加入量以能够被溶胶浸没为准；

步骤5：将步骤4干燥的竹炭在管式炉中氮气氛围下在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；

步骤6：将步骤5得到的改性TiO2/竹炭复合材料浸入0.06mol/L～0.1mol/L的硝酸银溶液中，利用聚光器在太阳光下处理4h，取出改性TiO2/竹炭复合材料，在100℃下干燥，得到改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中B液加入A液时的滴加速度为1滴/s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤6中将改性二氧化钛/竹炭复合材料浸入硝酸银溶液后在暗室处理20min，然后再利用聚光器将体系在太阳光下处理4h。

说明书

一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及制备方法。改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料在太阳光下具有很好的光催化活性及可循环利用特点以降解各类有机物，使人们处理污水更高效、更环保。

背景技术

[0002] 竹炭因为自身质量小、独特的孔隙微结构、比表面积大的特性从而具有强大的吸附能力和一定降解污染物功能，被广泛用于环境净化领域和食品保鲜等领域而深受消费者好评。但竹炭也有其自身的缺陷,即物理吸附饱和问题,多次使用后吸附能力按比率下降且降解污染物能力很有限。

[0003] 中国发明专利——申请号为200910306577.4涉及“一种制备二氧化钛/竹炭复合材料的方法”。该专利以竹炭为载体，钛酸四正丁酯为钛源，采用微波法辅助制备二氧化钛/竹炭复合材料。但是用该方法制得的催化剂存在如下几个问题：①、选用20目~100目的竹炭为载体，虽然一定程度上防止了纳米二氧化钛团聚，但在实际中回收复合材料仍然很困难；②、处理废水未给出降解选用的是何种光源，未掺杂的二氧化钛仅可利用紫外光无法利用可见光降解，条件要求较苛刻；③、复合材料循环使用情况未给出说明，复合材料使用后会出现催化活性下降的情况，未给出解决方法。

发明内容

[0004] 要解决的技术问题

[0005] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及其制备方法，利用此方法制得的复合材料具有不易团聚，易回收，环保等优点。 [0006] 技术方案

[0007] 一种改性二氧化钛/竹炭复合材料，其特征在于原料成份为：1份钛酸丁酯、0.1~0.2 份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1~0.2份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、
0.5份冰乙酸，活化竹炭和0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，所述份数为体积份。 [0008] 一种制备权利要求1所述的改性二氧化钛/竹炭复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

[0009] 步骤1：将竹炭在100~200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭；

[0010] 步骤2：将1份的钛酸丁酯、3~4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0.1~0.2份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1~0.2份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1~2份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液；

[0011] 步骤3：将B溶液加入A溶液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶，将溶胶陈化24h；

[0012] 步骤4：将步骤1制备的活化竹炭投入到步骤3制得的陈化溶胶中，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下、频率为45KHz的超声下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；所述活化竹炭的加入量以能够被溶胶浸没为准；

[0013] 步骤5：将步骤4干燥的竹炭在管式炉中氮气氛围下在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；

[0014] 步骤6：将步骤5得到的改性TiO2/竹炭复合材料浸入0.06mol/L~0.1mol/L的硝酸银溶液中，利用聚光器在太阳光下处理4h，取出改性TiO2/竹炭复合材料，在100℃下干燥，得到改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

[0015] 所述步骤3中B液加入A液时的滴加速度为1滴/s。

[0016] 所述步骤6中将改性二氧化钛/竹炭复合材料浸入硝酸银溶液后在暗室处理20min，然后再利用光聚集器将体系在太阳光下处理4h。

[0017] 有益效果

[0018] 本发明提出的一种改性二氧化钛/竹炭复合材料的制备方法，采用Sol-gel法制备稳定的改性TiO2溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛。制成的复合材料在太阳光下可高效降解有机物，降解2次以后，催化活性显著降低，这时回收复合材料在50℃下频率为45KHz的超声下处理2h，之后在取出复合材料在100℃下干燥即可恢复催化活性。

[0019] 本发明方法所制备的改性二氧化钛复合材料具有高效降解污染物的能力，改性纳米二氧化钛（锐钛矿型）负载在竹炭上不易团聚，复合材料在太阳光下就具有很好降解能力。实验表明，利用太阳光照射10h，3g改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料能将50mL浓度为550mg/L的高浓度甲基橙完全降解，通过UV-2550型紫外可见分光光度计测定，降解率可达
98~100%。

附图说明

[0020] 图1：本发明方法的流程图。

[0021] 图2：高浓度甲基橙（550mg/L）在太阳光下降解前后效果图(从左往右依次为加复合材料光照处理体系,550mg/L甲基橙溶液,加复合材料暗室处理体系)；

[0022] （a）550mg/L甲基橙降解前效果图

[0023] （b）550mg/L甲基橙降解后效果图

[0024] 图3：改性二氧化钛在550℃下焙烧得到二氧化钛的XRD图，可知粉体晶型为锐钛矿、而且衍射峰窄，强度高，表明颗粒结晶完整（横坐标表示衍射角，纵坐标表示衍射强度）。 [0025] 图4：甲基橙吸光度-浓度曲线(C表示浓度，B表示吸光度)。

[0026] 图5：掺杂改性纳米TiO2粉体的SEM图。

[0027] 图6：掺杂改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料的SEM图。

具体实施方式

[0028] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0029] 实施例1：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100~200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.1份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料浸入浓度为0.06mol/L硝酸银溶液中暗室处理20min，之后利用光聚集器将体系在太阳光下处理在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥后即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

[0030] 实施例2：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100~200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.1份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿 素，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料浸入浓度为0.08mol/L硝酸银溶液中暗室处理20min，之后利用光聚集器将体系在太阳光下处理在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥后即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

[0031] 实施例3：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100~200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.1份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料浸入浓度为0.1mol/L硝酸银溶液中暗室处理20min，之后利用光聚集器将体系在太阳光下处理在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥后即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

[0032] 实施例4：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100~200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.2份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.1份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入 一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料浸入浓度为0.08mol/L硝酸银溶液中暗室处理20min，之后利用光聚集器将体系在太阳光下处理在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥后即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

[0033] 实施例5：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100~200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.1份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.2份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料浸入浓度为0.08mol/L硝酸银溶液中暗室处理20min，之后利用光聚集器将体系在太阳光下处理在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥后即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。

[0034] 实施例6：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100~200℃无氧环境下焙 烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.2份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.2份浓度为0.21mol/L的硫酸铵溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0.1份浓度为0.1mol/L的尿素，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料浸入浓度为0.08mol/L硝酸银溶液中暗室处理20min，之后利用光聚集器将体系在太阳光下处理在太阳光下处理4h，取出复合材料干燥后即得改性纳米TiO2/Ag/竹炭复合材料。