粉煤灰负载纳米二氧化钛复合光催化材料的制备方法.pdf

本发明公开了粉煤灰负载纳米二氧化钛复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将模板剂溶解于去离子水形成均相溶液，再加入四甲基氢氧化铵，获得均相稳定溶液A；(2)将硫酸氧钛与去离子水混和搅拌下形成白色浆状液体，然后加入粉煤灰粉末得到混合物B；(3)然后将溶液A和混合物B混合，陈化；(4)最后经过洗涤、干燥和热处理得到粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料。本发明制备的粉煤灰负载纳米二氧化钛复合光催化材料尺寸在10-20nm，纳米颗粒均匀负载于粉煤灰颗粒表面。既能够将固体废弃物粉煤灰重新利用，又解决了废物的储存及其处理问题，而且粉煤灰较强的吸附能力，可以大大提高光催化剂对有机化合物的光催化降解能力。

1.  一种粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)先将模板剂溶解于去离子水形成均相溶液，再加入四甲基氢氧化铵，搅拌状态下获得均相稳定溶液A；模板剂和四甲基氢氧化铵占去离子水的质量浓度分别为2～5％和0.5～1.5％；
(2)将硫酸氧钛与去离子水混和搅拌下形成白色浆状液体，然后加入粉煤灰粉末，使粉煤灰与浆状液体充分接触，得到混合物B；硫酸氧钛的加入量为水解后形成的TiO₂占去离子水的质量浓度为5～20％，粉煤灰占去离子水质量浓度10-30％；
(3)然后将溶液A和混合物B混合，陈化6-10h；
(4)最后经过洗涤、干燥和300-700℃热处理得到粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料。

2.  如权利要求1所述的粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于所述溶液A和混合物B的重量比例为1∶2。

3.  如权利要求1所述的粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于所述模板剂为二乙胺或十六烷基三甲基溴化铵。

4.  如权利要求1所述的粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于步骤(4)所述干燥为采用普通烘箱干燥或真空干燥。

粉煤灰负载纳米二氧化钛复合光催化材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料领域，主要涉及一种粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电站或大型企业锅炉在燃烧煤粉后排出的固体废料。全国每年粉煤灰排放量已高达1.6亿吨。大量的粉煤灰若不合理处置，不仅会占用大片农田耕地，产生的杨尘会严重污染大气，对人体健康造成很大危害。将纳米TiO₂颗粒负载于粉煤灰表面，利用粉煤灰多孔结构将纳米TiO₂颗粒进行固定，可以降低催化剂颗粒的流失率。粉煤灰的强吸附性以及大比表面积可以将农药等有机污染物吸附于其表面，然后，通过光催化作用将其降解为无污染的小分子，最终可分解为二氧化钛和水，从而从根本上能将土壤中存在的有机污染物除去。目前，以其它材料(如海泡石、表面活性剂等)为载体负载纳米二氧化钛的研究报道。Huan等制备了氟表面活性剂FC-143负载纳米二氧化钛复合材料，然后分散于土壤中。由于FC-143表面活性剂在二氧化钛颗粒表面形成了半胶束或反胶束，土壤中存在的多氯联苯有机污染物易被释放到氟表面活性剂并均匀分散，从而能大大提高纳米二氧化钛的降解效率。Bautista等制备了TiOx/海泡石复合材料负载氧化钒催化剂，发现其以海泡石为载体的光催化材料降解效果明显高于无载体时。国内王海滨等采用溶胶-凝胶法制备了负载型二氧化钛/海泡石光催化材料，结果也发现，该复合材料具有很好的光催化效率，对染料士林大红的降解率达到87％。而以化学自组装技术制备粉煤灰负载二氧化钛光催化复合材料的方法未见报道。本专利技术是通过废物再利用的资源化和功能化路线，采用化学自组装技术制备了粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过下述方式实现的，以下均以重量计。
一种粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)先将模板剂溶解于去离子水形成均相溶液，再加入四甲基氢氧化铵，搅拌状态下获得均相稳定溶液A；模板剂和四甲基氢氧化铵占去离子水的质量浓度分别为2～5％和0.5～1.5％；
(2)将硫酸氧钛与去离子水混和搅拌下形成白色浆状液体，然后加入粉煤灰粉末，使粉煤灰与浆状液体充分接触，得到混合物B；硫酸氧钛的加入量为水解后形成的TiO₂占去离子水的质量浓度为5～20％，粉煤灰占去离子水质量浓度10-30％；
(3)然后将溶液A和混合物B混合，陈化6-10h，让反应产生的纳米二氧化钛颗粒自组装于粉煤灰表面形成均一稳定的粉煤灰负载纳米二氧化钛材料；陈化的目的是使反应产生的纳米二氧化钛颗粒自组装于粉煤灰表面均匀分散。
(4)最后经过洗涤、干燥和300-700℃热处理得到粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料。300-700℃热处理的目的是使纳米二氧化钛晶相发生转变，主要以锐钛矿为主。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用钛源为硫酸氧钛粉末、二乙胺为自组装模板剂、工业粉煤灰粉末为载体。制备的粉煤灰负载纳米二氧化钛复合光催化材料尺寸在10-20nm，纳米颗粒均匀负载于粉煤灰颗粒表面。既能够将固体废弃物粉煤灰重新利用，又解决了废物的储存及其处理问题，而且由于粉煤灰较强的吸附能力，可以大大提高光催化剂对有机化合物的光催化降解能力，具有很好的协同作用。本发明原材料来源容易，价格便宜。
具体实施方式
光催化修复污染土壤的评价方法为：以除草剂农药丁草胺为目标污染物，配制为20mg/L浓度，测定开始的吸光度A₀，然后加入0.1g粉煤灰负载纳米二氧化钛复合光催化剂。超声波分散10-15分钟后，用紫外光或太阳光光照一定时间后再次测定其吸光度A。根据吸光度的变化，计算出溶液中丁草胺的浓度。丁草胺的最大吸收波长λ_max为287nm，根据朗伯-比尔定律A＝εbC，计算丁草胺的降解率D＝(A₀-A₁)/A₀，A₁为每隔一定时间降解后抽取20ml溶液后采用紫外可见光分光光度计测定的吸光度。
实施例1：
先将二乙胺溶解于去离子水形成均相溶液，再加入四甲基氢氧化铵，搅拌状态下获得均相稳定溶液A；去离子水为50ml，二乙胺和四甲基氢氧化铵占去离子水的质量浓度分别为3％和0.5％。
将硫酸氧钛粉末与去离子水混和搅拌下形成白色浆状液体，去离子水为100ml，TiO₂占去离子水质量含量为10％。然后加入10g粉煤灰粉末，使粉煤灰与浆状液体充分接触，得到混合物B。
然后将A和B混合，陈化8h，然后经洗涤、真空干燥和500℃热处理得到粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料。将该复合材料按照上面的方法进行光催化降解实验，结果发现丁草胺的降解率可以达到95％。
实施例2：
先将二乙胺溶解于去离子水形成均相溶液，再加入四甲基氢氧化铵，搅拌状态下获得均相稳定溶液A；去离子水为50ml，二乙胺和四甲基氢氧化铵占去离子水的质量浓度分别为2.2％和0.75％。
将硫酸氧钛粉末与去离子水混和搅拌下形成白色浆状液体，去离子水为100ml，TiO₂占去离子水质量含量为15％。然后加入15g粉煤灰粉末，使粉煤灰与浆状液体充分接触，得到混合物B。
然后将A和B混合，陈化8h，然后经洗涤、真空干燥和500℃热处理得到粉煤灰负载纳米二氧化钛复合材料。其对丁草胺的降解率可以达到90％。