专利名称：溶胶凝胶法制备活性炭－二氧化钛复合光催化剂的方法及其该光催化剂的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化剂的制备方法及其该光催化剂的应用。特别是溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法及其该光催化剂的应用。
背景技术：
近年来随着室内装修热也带来了室内的空气污染，有害气体主要是装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨气等。这些气体在百万分之几时，就能使人产生不适感。其中，甲醛为毒性较高的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。其浓度在每立方米空气中达到0.06-0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。
据相关资料统计显示人类有70％的病症与室内环境有关，我国每年有12万人死于室内污染，90％以上的幼儿白血病患者都是住进新装修房一年内患病的。因此有效降解处理甲醛等有害气体，改善室内环境是非常重要的，同时对甲醛废水的污染问题也不容忽视。
在治理甲醛的现有方法中，吸附法因其效率高、富集功能强、不会造成二次污染等优点而广泛应用。活性炭具有大的比表面积和快的吸脱附速率，是治理甲醛的一种优良吸附剂。但活性炭作为一种吸附剂，达到饱和吸附后，必须再生才可恢复吸附能力。光催化降解是一门方兴未艾的科学技术。在目前所采用的光催化剂中，TiO2以其活性高、热稳定性好、价格便宜、对人体无害等特性倍受人们青睐，但单纯的TiO2光催化剂存在如回收困难等缺点。若将活性炭和光触媒TiO2相结合治理甲醛污染，则优势更加明显。一方面，TiO2光催化降解被活性炭吸附的甲醛，使活性炭得以再生；另一方面，活性炭的强吸附作用为TiO2的光催化提供了高浓度的反应环境，加快了反应速率。而且，由于降解产物直接为二氧化碳和水，避免了对吸附的甲醛进行再次处理的过程。但目前没有很好的制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法。
发明内容
本发明的目的是在治理甲醛污染中，为了解决单用活性炭难以恢复吸附能力和单用TiO2光催化剂回收困难等的问题，提供一种溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂复合催化剂的方法及其该复合光催化剂在治理甲醛污染方面的应用。采用本发明的制备方法制备的活性炭-二氧化钛复合光催化剂具有协同作用TiO2光催化降解被活性炭吸附的甲醛，使活性炭得以再生；活性炭的强吸附作用为TiO2的光催化提供了高浓度的反应环境，加快了反应速率；而且，由于降解产物直接为二氧化碳和水，避免了对吸附的甲醛进行再次处理的过程。并将其用于水中甲醛的降解，结果表明用上述方法制得的活性炭-二氧化钛复合光催化剂可协同作用于有害气体，能有效降解水中微量的甲醛，效果优于单用其一。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法，包括如下步骤1、制备纳米二氧化钛将一定量的钛酸丁酯在不断搅拌下与无水乙醇混合并持续搅拌15分钟后，在强力搅拌下滴加水、乙酸和无水乙醇配成的催化剂，其中水∶乙酸∶无水乙醇的体积比为4∶5∶10，继续搅拌后得到TiO2溶胶；2、制备复合光催化剂在溶胶形成过程中按钛酸丁酯与炭质量比0.1∶1的量加入活性炭，充分搅拌后，在超声波中振荡，然后放入砂型漏斗抽真空滤出多余的溶胶，烘干后，热处理即得复合光催化剂。
本发明制备的活性炭-二氧化钛复合光催化剂可以用来降解甲醛。
本发明的溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂复合催化剂的方法，简单可行，成本低，其制备的活性炭-二氧化钛复合型催化剂，透射电镜的结果表明作为复合催化剂主体的TiO2粒径在纳米级，解剖镜下能够看出二氧化钛确实附着在了活性炭的表面。性能测试结果表明这种复合型光催化剂能够有效地降解水中微量甲醛。推而广之，这种活性炭-二氧化钛复合光催化剂也可以应用于空气中甲醛气体的去除，为甲醛等有害气体的去除提供了一种新的选择。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。
图1本发明的TiO2纳米粒子的透射电子图谱。
图2本发明的活性炭的表面形貌图。
图3本发明活性炭/TiO2的表面形貌图。
图4本发明的甲醛吸光度与浓度曲线图。
具体实施例方式
下面的实施例仅仅用于进一步解释本发明，而不是对本发明范围的限制。
实施例1溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法，包括如下步骤1、制备纳米二氧化钛将一定量的钛酸丁酯在不断搅拌下与无水乙醇混合均匀，并持续搅拌15min，然后在强力搅拌下滴加水、乙酸和无水乙醇以体积比4∶5∶10配成的催化剂约10mL，继续搅拌6～8小时得到TiO2溶胶备用。
2、制备复合光催化剂在溶胶形成过程中按钛酸丁酯与炭质量比0.1∶1加入活性炭，充分搅拌1h后，在超声波中振荡1h，然后放入砂型漏斗抽真空滤出多余的溶胶，60℃烘干约15min，重复涂覆3次，然后置于450℃的马弗炉热处理2h即得活性炭-二氧化钛复合光催化剂。
实施例2分析与测试一、实验方法1、用透射电子显微镜和解剖显微镜对样品分析取少量溶胶凝胶直接热处理得到的TiO2纳米粉末，在无水乙醇溶液中超声分散15分钟测定其透射光谱。
取洗净的活性炭和活性炭-二氧化钛复合光催化剂，置于能够放大观察的光学解剖电子显微镜下观察其表面形貌。
2、甲醛溶液标准浓度曲线的绘制取数支25mL具塞刻度管，分别加入0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00mL甲醛标准使用溶液(每毫升约含10微克甲醛)，加水至25mL，加入2.5mL乙酰丙酮溶液，摇匀。于45～60℃水浴中加热30min，取出冷却。用1cm比色皿，以波长414nm的光线为入射光，以水为参比测量吸光度，然后以浓度和吸光度值分别为横纵坐标绘制标准曲线。
3、试样中甲醛浓度的测定将活性炭-TiO2复合催化剂投入到盛有25ml一定浓度的甲醛溶液的培养皿(Φ90mm)中，距紫外灯12cm处。紫外灯功率30W，利用分光光度计测定光照4h后甲醛溶液的吸光度，从标准曲线上查出试样中甲醛的含量。
二、实验结果1、TiO2纳米粒子的TEM表征图1为TiO2纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图，如图1所示，通过溶胶凝胶法制得了尺寸均一的(Φ≌90nm)球状纳米颗粒。根据本发明所述的方法将TiO2纳米粒子组装在活性炭表面上后，各取1粒活性炭和活性炭-二氧化钛复合材料进行90倍放大观察得到图2和图3的表面形貌。如图3所示，TiO2的粒子分布在活性炭内部及孔表面上，可见TiO2粒子已被组装到活性炭上，为后续甲醛的降解提供了物质基础。
2、甲醛标准浓度曲线图甲醛标准使用溶液是初始的甲醛标准溶液分别取一定量后稀释到25mL的，标准溶液的浓度已用水质标准中的方法进行了标定，如表1所示。
表1甲醛吸光度与浓度的关系
其甲醛吸光度与浓度曲线如图4所示。
3、甲醛降解率(1)不同质量活性炭-二氧化钛催化剂与活性炭对甲醛的降解对比表2不同质量的活性炭-二氧化钛催化剂与活性炭对甲醛的降解对比
表2是不同质量的活性炭-二氧化钛催化剂与活性炭对甲醛的降解对比，所用甲醛溶液是取3mL甲醛标准使用液稀释到25mL，溶液的pH值粗调为11，如表2所示，活性炭-二氧化钛催化剂对甲醛的光催化降解率比单独的活性炭对甲醛的去除率要高，这是由于当只有活性炭时，发挥作用的仅仅是它的吸附功能，而当活性炭上负载了光催化剂二氧化钛时，吸附到活性炭表面的甲醛会在紫外光的照射下不断降解，使得活性炭上的吸附位空出来，能够循环发挥作用。同时由于活性炭的吸附能力使TiO2粒子能够较大限度的接触到被吸附物，从而提高了光催化效率。
(2)不同质量活性炭-二氧化钛催化剂对甲醛溶液的降解表3是不同质量活性炭-二氧化钛对甲醛溶液的降解，实验中取3mL甲醛标准使用液稀释到25mL，溶液的pH值粗调为11，测出吸光度后从标准曲线上查出对应的浓度，进而计算甲醛的降解率。
表3不同质量活性炭-二氧化钛对甲醛溶液的降解
如表3所示，不同质量的催化剂对相同浓度甲醛的降解率是不同的，随着催化剂用量的增加，甲醛的降解率得到了大大的提高，但从增加的幅度来看，催化剂用量从1.2g增加到1.6g甲醛降解率不如前面几种情况下增加的多，这可能是过多的活性炭吸附了紫外线，使二氧化钛对甲醛的降解率有一定程度的降低。由此也可以得出在实际应用中催化剂的施加量并不是越多越好，应该存在一个最佳的投放量。
(3)相同质量活性炭-二氧化钛催化剂对不同浓度甲醛溶液的降解表4相同质量活性炭-二氧化钛催化剂对不同浓度甲醛溶液的降解
本实施例中所用催化剂的质量为1.2g，其它条件同前。如表4所示，随着甲醛浓度的增加，催化剂对它的降解率也增加，但是当浓度增大到一定程度时降解率反而有所降低。推测可能是因为一定质量的催化剂的催化性能在短时间内无法满足较大量的甲醛的需要，应在相同条件下适当增加催化剂的用量。
权利要求
1.溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤1)、制备纳米二氧化钛将一定量的钛酸丁酯在不断搅拌下与无水乙醇混合并持续搅拌15分钟后，在强力搅拌下滴加水、乙酸和无水乙醇配成的催化剂，其中水∶乙酸∶无水乙醇的体积比为4∶5∶10，继续搅拌后得到TiO2溶胶；2)、制备复合光催化剂在溶胶形成过程中按钛酸丁酯与炭质量比0.1∶1的量加入活性炭，充分搅拌后，在超声波中振荡，然后放入砂型漏斗抽真空滤出多余的溶胶，烘干后，热处理即得复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中继续搅拌的时间为6～8小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中烘干的温度为60℃，时间为15分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中热树立的温度为450℃，时间为2小时。
5.一种权利要求1所述的溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法制备的活性炭-二氧化钛复合光催化剂可以用来降解甲醛。
全文摘要
本发明公开了一种溶胶凝胶法制备活性炭－二氧化钛复合光催化剂的方法及该复合光催化剂的应用，其方法是先将一定量的钛酸丁酯在不断搅拌下与无水乙醇混合并持续搅拌15分钟后，在强力搅拌下滴加水、乙酸和无水乙醇配成的催化剂，其中水∶乙酸∶无水乙醇的体积比为4∶5∶10，继续搅拌后得到TiO
文档编号B01J21/18GK101053845SQ200610025568
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月10日 优先权日2006年4月10日
发明者杨永桃, 胡霁瑶, 郑达 申请人:上海市七宝中学