[发明专利]一种以阳离子型聚合物为中间体的银负载漂浮空心二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种漂浮催化剂的制备方法，具体地说是一种以阳离子型聚合物为中间体的银负载漂浮空心二氧化钛的制备方法。

背景技术

光催化降解是高效价廉的有机污染物高级氧化处理方式，二氧化钛(TiO₂)则是应用最为广泛的光催化剂，但二氧化钛在自然条件下使用时受到较大限制：缺乏持续搅拌条件，二氧化钛易沉降而降低其催化效果；催化效果受水体透光度影响大；催化剂难以回收，造成浪费和二次污染。将二氧化钛负载于载体表面是解决上述问题的有效手段，载体包括玻璃纤维、高聚物、无机轻质载体等，但目前基本采用浸涂的方式在载体表面负载商品粉末二氧化钛，可与污染物接触的催化剂表面积较小；所负载商品二氧化钛是单一晶型或混合晶型的纯品二氧化钛，对可见光利用率不高。此外，由于浸涂是一种物理混合方式，二氧化钛与载体的结合较弱，催化剂的稳定性难以得到保证。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种以阳离子型聚合物为中间体的银负载漂浮空心二氧化钛的制备方法。

本发明采用以下技术方案：

一种以阳离子型聚合物为中间体的银负载漂浮空心二氧化钛的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）将250 mL固含量为20%的阳离子型聚苯乙烯C-PSt乳液加水稀释至固含量为5%；将50 g粉煤灰加入上述乳液中充分搅拌，静置，将漂浮的粉煤灰粒子分离，晾干得到负载了C-PSt的粉煤灰粒子Fly-ash/ C-PSt；

（2） 将步骤（1）分离得到的Fly-ash/C-PSt粒子加入500 mL醇水溶液中，将20 mL钛酸四丁酯用乙醇稀释至50 mL，并在搅拌条件下慢慢加入至上述醇水溶液中，充分搅拌至白色沉淀大量生成，静置，将上层粉煤灰粒子分离，80℃烘干得到复合粒子Fly-ash/C-PSt/TiO₂；

（3）将步骤（2）所得到的复合粒子转移至0.01 mol/L AgNO₃溶液中，充分搅拌后静置，分离漂浮的粒子，并将其转移至1 mol/L葡糖糖溶液中，充分搅拌，静置，然后将漂浮粒子分离，80 ℃烘干，得到表面载有纳米Ag的核壳结构复合粒子Fly-ash/C-PSt/ TiO₂/Ag；

（4）将步骤（3）所得复合粒子再经焙烧后得到负载于粉煤灰粒子上的银负载空心二氧化钛催化剂Fly-ash/H-TiO₂/Ag。

所述步骤（1）中搅拌时间为10分钟。

所述步骤（2）中的醇水溶液为乙醇和水按照体积比49:1配制而成。

所述步骤（4）中焙烧温度为600℃，焙烧时间为4小时。

本专利是将有机聚合物附载于载体表面，再在聚合物表面负载纳米二氧化钛和少量贵金属，通过焙烧除去有机聚合物，实现载有贵金属的空心二氧化钛在载体表面的负载聚集。

要实现催化剂在水面的漂浮型，本专利选择密度小于水的轻质无机载体，包括轻质粉煤灰、闭孔珍珠岩等。这些无机载体性质稳定，耐高温和耐酸碱性好，其主要成份是氧化硅和氧化铝，表面由于含有丰富的羟基而显负电性，在负载有机聚合物时，可根据载体表面电性选择异号电荷的聚合物，以利于与聚合物的化学结合。本发明选用阳离子型聚苯乙烯(C-PSt)，通过电性相吸的作用，聚合物吸附于载体表面，得到无机载体/阳离子聚合物复合粒子。最后通过焙烧除去有机聚合物，实现载有贵金属的空心二氧化钛在粉煤灰表面的负载聚集，此方法制备的二氧化钛为空心结构，且在载体表面形成多层排布，具有较大的比表面积。

与传统光催化剂的制备相比，本发明有如下优点：

（1）本发明的银负载型空心二氧化钛在轻质载体表面的制备采用阳离子型聚合物为中间物质，直接利用电性作用，使二氧化钛以化学结合的方式主动结合于聚合物表面，提高了催化剂合成的稳定性。当进一步焙烧制备空心粒子时，相互接触的粒子由于烧结的作用相互结合，以整体的状态附载于载体表面，催化剂在载体表面的附着稳定性大大提高。

（2）载体表面所负载二氧化钛为空心结构粒子，因而具有较大的比表面积。由于二氧化钛负载于轻质载体表面，无法利用透射电镜观测其空心结构，可以通过制备前后粒子粒径的变化进行判断。经测定，载体表面二氧化钛的比表面积可达186.4 m²/g，远大于商品二氧化钛P25的比表面积（约50 m²/g），较大的比表面积有利于提高其催化活性。