專利名稱：一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料及其光催化膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料及其光催化膜的制備方法。
背景技術(shù)：
以ニ氧化鈦為代表的光催化氧化技術(shù)是ー種新型的污染治理技術(shù)，它具有能耗低、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、無二次污染等突出特點(diǎn)，并具有直接利用太陽能的潛力，這在能源問題日益嚴(yán)重的今天更顯重要。所謂光催化薄膜是指當(dāng)該薄膜被一定功率的紫外燈照射時(shí)，其表面可以發(fā)生氧化 還原反應(yīng)。可將鍍膜玻璃放在一個(gè)裝有甲基橙的小槽內(nèi)，然后用一定功率的紫外燈照射此小槽一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)甲基橙顏色變淺，測(cè)其透射比増大，說明部分甲基橙被分解。這種光催化薄膜可以用來處理污水、降解有害有毒有機(jī)氣體、殺菌、除臭等?，F(xiàn)有光催化ニ氧化鈦薄膜通常摻雜單ー過渡金屬離子如鐵離子、銅離子等，但是其激發(fā)源均為18瓦以上的紫外燈，對(duì)能源的消耗較大，且對(duì)人體傷害較大。中國專利公開號(hào)CN 101279790 A，
公開日2008年10月8日，名稱為ー種鐵-鈦復(fù)合氧化物納米材料及其制備方法，該申請(qǐng)案公開了ー種鐵-鈦復(fù)合氧化物納米材料及其制備方法，該納米材料由3價(jià)鐵鹽和4價(jià)鈦鹽合成，其中3價(jià)鐵的摩爾分?jǐn)?shù)為20%-80%。其不足之處在于，光催化反應(yīng)活性低，能源消耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中光催化膜光催化反應(yīng)活性低、能源消耗大的缺陷而提供一種光催化反應(yīng)活性高的納米Ti-Fe-Al氧
化物復(fù)合材料及其光催化膜的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,所述復(fù)合材料的制作包括以下步驟
a)將30-40ml的鈦酸四正丁酯溶解在35_45ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入2_5ml抑制劑和l_3ml的絡(luò)合剤，30-40°C下攪拌2_4h，制得甲液；
b)將3-7ml去離子水加入到15-20ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入總質(zhì)量3_5g的鋁的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物，室溫下攪拌15-20min，制得こ液；
c)向步驟a)制得的甲液中逐漸滴加步驟b)制得的こ液，滴加過程中同時(shí)滴加濃硝酸并攪拌，控制溶液PH2-3，滴加完畢后室溫下攪拌15-30min，攪拌的同時(shí)滴加蒸餾水，制得Fe3VAl3+-TiO2 溶膠；
d)將步驟c)制得的Fe3YAl3+-TiO2溶膠在室溫下陳化24_30h，形成凝膠，將凝膠在溫度80-120°C氣氛下干燥l_2h，制得干膠；
e)將步驟d)制得的干膠在溫度580-650°C焙燒5_8h后，自然冷卻至室溫，得到固體，將固體研磨15-30，min,得到粉體,即為納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料。在本技術(shù)方案中，步驟a)中加入抑制劑，是為了減小水解產(chǎn)物的團(tuán)聚，使得到顆粒細(xì)小且均勻的膠體溶液；步驟a)中加入絡(luò)合劑，是為了使金屬離子高效更好的懸浮與分散；步驟c)中滴加濃硝酸是為了調(diào)節(jié)pH值，并控制凝膠時(shí)間和溶膠的狀態(tài)；步驟c)中攪拌的同時(shí)滴加蒸餾水是為了使膠體粒子形成一種開放的骨架結(jié)構(gòu)；步驟d)中高溫焙燒是為了去除有機(jī)雜質(zhì)。作為優(yōu)選，所述步驟a)中的抑制劑為冰醋酸或こ酰丙酮。作為優(yōu)選，所述步驟b)中鋁的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物為硝酸鹽結(jié)晶水合物、氯酸鹽結(jié)晶水合物或硫酸鹽結(jié)晶水合物。作為優(yōu)選，所述步驟b)中鐵的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物為硝酸鹽結(jié)晶水合物、氯酸鹽結(jié)晶水合物或硫酸鹽結(jié)晶水合物。作為優(yōu)選，所述步驟a)中的絡(luò)合劑為檸檬酸。 作為優(yōu)選，其特征在于，所述步驟b)中鋁的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物的摩爾比為2:1。ー種利用納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料制備光催化膜的制備方法，，所述制備方法包括以下步驟
步驟I)納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料負(fù)載前處理納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料載體采用玻璃纖維布，將玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的十二烷基磺酸鈉水溶液15-20min，清水5_8min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的稀鹽酸溶液30_45min，稀鹽酸溶液溫度75_85°C，清水5-8min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的鄰苯ニ甲酸ニこニ醇ニ丙溶液15_20min，清水5_8min ；
步驟2)將步驟I)前處理完的玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%聚苯こ烯磺酸鈉溶液15-20min,清水5_8min,質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料懸池液15_20min,清水5_8min ；
步驟3)重復(fù)步驟2) 10-15次；
步驟4)將步驟3)處理完的玻璃纖維布在600-650°C下燒結(jié)6_7h，制得光催化膜。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，容易控制，成本相對(duì)較低，對(duì)設(shè)備的要求不高，適合規(guī)?；a(chǎn)；本發(fā)明制的的光催化膜比表面積大，在光催化降解有機(jī)污染物、電化學(xué)及光電催化環(huán)境精華、傳感器、光解水等方面具有廣泛的用途。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的解釋
實(shí)施例I
一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,所述納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料由以下步驟制得
a)將30ml的鈦酸四正丁酯溶解在35ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入2ml冰醋酸和1.5ml的檸檬酸，30°C下攪拌2h，制得甲液；(鈦酸四正丁酯為CP化學(xué)純，其余試劑均為分析純。)
b)將3ml去離子水加入到15ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入總質(zhì)量為3.58g，摩爾比為2:1的鋁的硫酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的氯酸鹽結(jié)晶水合物，室溫下攪拌15min，制得こ液；
c)向步驟a)制得的甲液中逐漸滴加步驟b)制得的こ液，滴加過程中同時(shí)滴加濃硝酸并攪拌,控制溶液pH2，滴加完畢后室溫下攪拌15min，攪拌的同時(shí)滴加蒸餾水，滴加速率每分鐘3-5滴，制得Fe3VAl3+-TiO2溶膠；
d)將步驟c)制得的Fe3YAl3+-TiO2溶膠在室溫下陳化24h，形成凝膠，將凝膠在溫度80°C氣氛下干燥lh，制得干膠；
e)將步驟d)制得的干膠在溫度580°C焙燒5h后，自然冷卻至室溫，得到固體，將固體研磨15min，得到粉體，即為納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料。其中鈦的含量為5 5. 2%，鐵的含量為2. 6%，鋁的含量為2. 36%。
ー種利用納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料制備光催化膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟
步驟I)納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料負(fù)載前處理納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料載體采用玻璃纖維布，將玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的十二烷基磺酸鈉水溶液15min，清水5min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的稀鹽酸溶液30min，稀鹽酸溶液溫度75 °C，清水5min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的鄰苯ニ甲酸ニこニ醇ニ丙溶液15min,清水5min ；
步驟2)將步驟I)前處理完的玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%聚苯こ烯磺酸鈉溶液15min,清水5min,質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料懸池液15min,清水5min ；步驟3)重復(fù)步驟2) 10次；
步驟4)將步驟3)處理完的玻璃纖維布在600°C下燒結(jié)6h，制得光催化膜。
實(shí)施例2
一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,所述納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料由以下步驟制得
a)將35ml的鈦酸四正丁酯溶解在40ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入3mlこ酰丙酮和2ml的檸檬酸，35°C下攪拌3h，制得甲液；
b)將5ml去離子水加入到18ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入總質(zhì)量為4.35g，摩爾比為2:1的鋁的硝酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的硫酸鹽結(jié)晶水合物，室溫下攪拌18min，制得こ液；
c)向步驟a)制得的甲液中逐漸滴加步驟b)制得的こ液，滴加過程中同時(shí)滴加濃硝酸并攪拌,控制PH2. 5，滴加完畢后室溫下攪拌20min，攪拌的同時(shí)滴加蒸餾水，滴加速率每分鐘3-5滴，制得Fe3VAl3+-TiO2溶膠；
d)將步驟c)制得的Fe3YAl3+-TiO2溶膠在室溫下陳化30h，形成凝膠，將凝膠在溫度100°C氣氛下干燥I. 5h，制得干膠；
e)將步驟d)制得的干膠在溫度600°C焙燒6h后，自然冷卻至室溫，得到固體，將固體研磨25min，得到粉體，即為納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料。其中鈦的含量為53. 8%，鐵的含量為2. 2%，鋁的含量為2. 3%。ー種利用納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料制備光催化膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟
步驟I)納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料負(fù)載前處理納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料載體采用玻璃纖維布，將玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的十二烷基磺酸鈉水溶液18min，清水6min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的稀鹽酸溶液40min，稀鹽酸溶液溫度80°C，清水6min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的鄰苯ニ甲酸ニこニ醇ニ丙溶液20min，清水6min ；
步驟2)將步驟I)前處理完的玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%聚苯こ烯磺酸鈉溶液20min,清水6min,質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料懸池液20min,清水6min ；步驟3)重復(fù)步驟2) 12次；
步驟4)將步驟3)處理完的玻璃纖維布在625°C下燒結(jié)7h，制得光催化膜。
實(shí)施例3
一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,所述納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料由以下步驟制得
a)將40ml的鈦酸四正丁酯溶解在45ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入5ml冰醋酸和3ml的檸檬酸，40°C下攪拌4h，制得甲液；
b)將7ml去離子水加入到20ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入總質(zhì)量為4.95g摩爾比為2:1的鋁的氯酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的硝酸鹽結(jié)晶水合物，室溫下攪拌20min，制得こ液；
c)向步驟a)制得的甲液中逐漸滴加步驟b)制得的こ液，滴加過程中同時(shí)滴加濃硝酸并攪拌,控制溶液pH3，滴加完畢后室溫下攪拌30min，攪拌的同時(shí)滴加蒸餾水，滴加速率每分鐘3. 5滴，制得Fe3VAl3+-TiO2溶膠；
d)將步驟c)制得的Fe3YAl3+-TiO2溶膠在室溫下陳化28h，形成凝膠，將凝膠在溫度120°C氣氛下干燥2h，制得干膠；
e)將步驟d)制得的干膠在溫度650°C焙燒8h后，自然冷卻至室溫，得到固體，將固體研磨30min，得到粉體，即為納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料。其中鈦的含量為54. 7%，鐵的含量為2. 8%，鋁的含量為2. 6%。ー種利用納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料制備光催化膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟
步驟I)納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料負(fù)載前處理納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料載體采用玻璃纖維布，將玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的十二烷基磺酸鈉水溶液18min，清水8min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的稀鹽酸溶液45min，稀鹽酸溶液溫度85 °C，清水8min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的鄰苯ニ甲酸ニこニ醇ニ丙溶液20min,清水5min ；
步驟2)將步驟I)前處理完的玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%聚苯こ烯磺酸鈉溶液20min,清水8min,質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料懸池液20min,清水8min ；步驟3)重復(fù)步驟2) 15次；
步驟4)將步驟3)處理完的玻璃纖維布在650°C下燒結(jié)6. 5h，制得光催化膜。檢測(cè)光降解催化活性
I.測(cè)試實(shí)驗(yàn)在BL-GHX型多功能光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，光源采用300W的高壓汞燈(Kmax=365nm,紫外光)，苯酚初始濃度為20mg/L，光催化劑用量為2g/L。電磁攪拌，容器底部鼓入一定量的空氣，反應(yīng)體系溫度控制在(16 18)で，光照一段時(shí)間進(jìn)行催化降解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，溶液離心分離15 min (5 OOO r · min-l)，然后用uV_7504PC型紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)濾液在270nm處的吸光度，記為A，光降解率Il=Aci-AAc^其中，Atl為原始空白苯酚水溶液的吸光度。2.以重鉻酸鉀法測(cè)苯酚原溶液及降解一定時(shí)間后后苯酚溶液的化學(xué)耗氧量COD值B，計(jì)算含苯酚水溶液的光催化COD去除率O=Btl-B/ B00其中，Btl為原始空白苯酚水溶液的COD值。催化降解3h后，光降解率近40%，COD去除率近60%。比純納米TiO2光催化活性提升25%左右。上述實(shí)施例只是用于說明和解釋本發(fā)明的內(nèi)容，不能構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。 盡管發(fā)明人已經(jīng)對(duì)本發(fā)明做了較為詳細(xì)地列舉，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)發(fā)明內(nèi)容部分和實(shí)施例所掲示的內(nèi)容，能對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或/和補(bǔ)充或采用類似的方式來替代是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,其特征在于,所述納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料由以下步驟制得 a)將30-40ml的鈦酸四正丁酯溶解在35_45ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入2_5ml抑制劑和l_3ml的絡(luò)合剤，30-40°C下攪拌2_4h，制得甲液； b)將3-7ml去離子水加入到15-20ml的無水こ醇中，向上述溶液中加入總質(zhì)量3_5g的鋁的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物，室溫下攪拌15-20min，制得こ液； c)向步驟a)制得的甲液中逐漸滴加步驟b)制得的こ液，滴加過程中同時(shí)滴加濃硝酸并攪拌，控制溶液的PH2-3,滴加完畢后室溫下攪拌15-30min,攪拌的同時(shí)滴加蒸懼水,制得 Fe3VAl3+-TiO2 溶膠； d)將步驟c)制得的Fe3+Al3+-TiO2溶膠在室溫下陳化24-30h，形成凝膠，將凝膠在溫度80-120°C氣氛下干燥l_2h，制得干膠； e)將步驟d)制得的干膠在溫度580-650°C焙燒5_8h后，自然冷卻至室溫，得到固體，將固體研磨15-30min,得到粉體，即為納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料，其特征在于，所述步驟a)中的抑制劑為冰醋酸或こ酰丙酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,其特征在于,所述步驟b)中鋁的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物為硝酸鹽結(jié)晶水合物、氯酸鹽結(jié)晶水合物或硫酸鹽結(jié)晶水合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料,其特征在于,所述步驟b)中鐵的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物為硝酸鹽結(jié)晶水合物、氯酸鹽結(jié)晶水合物或硫酸鹽結(jié)晶水合物。
5.根據(jù)權(quán)利要I所述的ー種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料，其特征在于，所述步驟a)中的絡(luò)合劑為檸檬酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的ー種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料，其特征在于，所述步驟b)中鋁的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物和鐵的強(qiáng)酸鹽結(jié)晶水合物的摩爾比為2 :1。
7.ー種利用權(quán)利要求I所述的ー種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料制備光催化膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟 步驟I)納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料負(fù)載前處理復(fù)合材料載體采用玻璃纖維布，將玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的十二烷基磺酸鈉水溶液15-20min，清水5_8min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的稀鹽酸溶液30-45min，稀鹽酸溶液溫度75_85°C，清水5_8min，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的鄰苯ニ甲酸ニこニ醇ニ丙溶液15_20min,清水5_8min ； 步驟2)將步驟I)前處理完的玻璃纖維布依次浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%聚苯こ烯磺酸鈉溶液15-20min,清水5_8min,質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料懸池液15_20min,清水5_8min ； 步驟3)重復(fù)步驟2) 10-15次； 步驟4)將步驟3)處理完的玻璃纖維布在600-650°C下燒結(jié)6_7h，制得光催化膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米Ti-Fe-Al氧化物復(fù)合材料及其光催化膜的制備方法。鈦酸四正丁酯溶于無水乙醇中，加入抑制劑與絡(luò)合劑；鐵鹽和鋁鹽滴入混合鈦酸四正丁酯的溶液中，經(jīng)攪拌、陳化、干燥、高溫焙燒、研磨后得到納米鈦鐵鋁氧化物復(fù)合材料；以玻璃纖維布為載體，浸入納米鈦鐵鋁氧化物懸濁液中，制的光催化膜。本發(fā)明制得的光催化膜光催化反應(yīng)活性高，制備方法簡(jiǎn)單，容易控制，成本相對(duì)較低，對(duì)設(shè)備的要求不高，適合規(guī)模化生產(chǎn)；在光催化降解有機(jī)污染物、電化學(xué)及光電催化環(huán)境精華、傳感器、光解水等方面具有廣泛的用途。
文檔編號(hào)B01J23/835GK102688762SQ201210077880
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者孫保庫, 孫兆棟, 張海春, 范會(huì)生, 郁小芬, 陸阿定 申請(qǐng)人:浙江省海洋開發(fā)研究院