[发明专利]一种净化汽车尾气的二氧化钛光催化复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术及应用领域，尤其涉及一种可净化汽车尾气的二氧化钛光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

公路隧道或建筑物内的环境相对密封，里面存在着大量的汽车尾气而不能释放出去，不仅影响行车安全，且对人体产生很大的危害，尤其是一氧化氮(NO)，它们的危害性极大。传统的隧道通风空气净化模式不但净化汽车尾气得效果有限，而且通风设备运营费用较高。

纳米二氧化钛粒子光催化复合作用应用于环境治理，与传统的处理方式相比较，具有下列优点:

(1)能耗低，反应条件温和，在紫外光照射或暴露在太阳光下发生；

(2)反应速度快，降解过程发生很快，一般需要数mins到几个小时；

(3)降解没有选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于降解多环芳烃类，多氯联苯类物质；

(4)消除二次污染，有机物彻底降解为CO₂和H₂O等优势。

但是作为光催化剂的纳米二氧化钛粒子存在一些缺陷：(1)带隙较宽，仅能吸收紫外光，在可见光范围没有响应，对普通光源利用率低；(2)光生电子空穴对的复合率较高，大大影响了其光催化效率。(3)纳米二氧化钛粒子进行光催化时，由于其颗粒细微，难以沉淀，催化剂难以回收，活性成分损失大，不利于光催化剂的再生利用。这些缺点严重制约该技术在隧道汽车尾气净化中的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的二氧化钛粒子作为催化剂存在带隙宽，催化效率低和难以回收的缺陷，本发明提供一种净化汽车尾气的二氧化钛光催化复合材料。

(二)技术方案

本发明所述的复合材料，由包括如下重量份的原料制备而成；

钛源5～25份、硝酸铁0.001～0.01份、冰乙酸5～30份，蒸馏水2～15份、无水乙醇16～80份。在使用的过程中，冰乙酸、蒸馏水和无水乙醇按相应的体积份使用。

本发明所述的复合材料的原料，还包括10～100重量份的氧化铝。

本发明所述的复合材料的原料，还包括2～10重量份的白云母。

本发明所述的复合材料的原料，所述钛源为钛类无机盐或钛酸酯。

本发明所述的复合材料的原料，所述氧化铝的比表面积为300-400m²/g。

本发明所述的复合材料的原料，优选的，由包括如下重量份的原料制备而成：

钛酸丁酯5～25份，硝酸铁0.001～0.01份，氧化铝40～70份，白云母4～7份，冰乙酸15～25份，蒸馏水8～10份，无水乙醇40～56份。

本发明的另一目的是提供本发明所述的复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)室温下将钛源加入到部分无水乙醇中，搅拌30～50mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸馏水、冰乙酸和剩余的无水乙醇充分混合，再向其中添加硝酸铁，充分搅拌形成溶液B；

2)30～35℃下，将溶液B滴加到溶液A中，得到均匀透明的溶胶，静置形成凝胶；

3)将所述凝胶在80～110℃下进行真空干燥，得到干凝胶；

4)将所述干凝胶在550～650℃下进行焙烧，得到二氧化钛光催化复合材料。

所述溶液B以1～3滴/秒的速度添加到溶液A中，在滴加的过程中对所述溶液A以80～150r/min的速度进行搅拌。

优选的，在所述步骤2)和步骤3)之间还包括如下操作，将所述溶胶加入到饱和氧化铝中，搅拌50～70min，静置至其形成凝胶；

所述添加的过程中对所述饱和氧化铝以50～200r/min的速度进行搅拌；

所述饱和氧化铝的制备方法为，称取一定量的氧化铝浸泡于去离子水中至饱和，排出多余的水；

优选的，所述步骤1)为，室温下将钛源加入到部分无水乙醇中，搅拌30～50mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸馏水、冰乙酸和剩余的无水乙醇充分混合，再向其中添加硝酸铁和白云母，充分搅拌形成溶液B；

本发明的最后一个目的是保护利用本发明所述的原料和方法制备的净化汽车尾气的二氧化钛光催化复合材料。

(二)有益效果

本发明所述的复合材料具有如下有益效果：

1)在原料中添加Fe³⁺，可提高二氧化钛光催化材料的催化效率，改善其催化效果；