[发明专利]一种光触媒材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光触媒材料的制备方法，本发明通过对高纯石英砂进行表面改性，然后以纳米二氧化钛溶胶对其进行包膜，制得光触媒材料。本发明的光触媒材料具有较高的光催化效率，相比于其他载体的纳米二氧化钛光触媒材料，催化效率提高了40％以上，且相比于单纯使用纳米二氧化钛，综合成本降低了80％以上，制备过程不需使用有机胶粘结，材料上的纳米二氧化钛包膜物长时间在紫外线下不会老化、不会脱落，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及环境治理技术领域，尤其涉及一种光触媒材料及其制备方法。

背景技术

光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料，其可利用紫外光或含有紫外光的灯光、自然光和日光来净化环境，在环境治理领域占有重要地位，广泛应用于污水治理、分解有机物、杀菌防霉、自洁材料等方面。

由于光触媒的粒度较小(一般小于5nm)，存在回收困难，成本高等缺点。因此，一般情况下，需要将光触媒附着在合适的载体上。现有技术中，通常采用多孔陶瓷、蜂窝铝板等作为载体，有效地降低了成本，但缺点是光线只能作用于照射方向的表面，光催化效率不高。也有采用玻璃棉、多孔玻璃等作为载体的，但缺点是这种类材料比较脆，容易损坏，而且紫外线的透过率低。还有将光触媒调制成涂料，涂覆于各种载体表面的，但是光触媒对有机物均有降解作用，而且成膜物质会阻碍催化材料与氧气的接触，光线照射下，无法产生羟基自由基，所以，这一类产品的使用寿命短，光催化效率低。针对上述现状，亟需开发一种具有高催化效率、长使用寿命及低成本的光触媒材料。

高纯石英砂是指二氧化硅含量高于99.9％的石英微粉，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的矿物填料，现主要用作半导体行业的塑封材料。以高纯石英砂为主要原料制备的石英玻璃具有极佳的透光性能，紫外线、可见光和红外线等都可以良好地透过。但高纯石英砂本身的性质决定了纳米二氧化钛无法牢固地附着在其表面，为此，本发明通过系列创造性研究，研发了一种能使纳米二氧化钛牢固地附着在高纯石英砂表面的制备方法，以制得具有高催化效率、长使用寿命及低成本的光触媒材料。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种具有催化效率、长使用寿命及低成本的光触媒材料及其制备方法。

为实现其目的，本发明采取的技术方案为：

一种光触媒材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将石英砂与含有表面活性剂的碱性溶液按如下配比进行混合，

M:(W×S)＝0.003％～0.01％

其中，M为碱性溶液中碱金属离子的摩尔数，W为石英砂的重量(g)，S为石英砂的比表面积(m²/g)；

(2)将步骤(1)的混合物在100～200℃下干燥2～4h，再在500～1500℃下高温灼烧2～6h，使石英砂的表面形成硅酸盐；

(3)将步骤(2)的灼烧产物冷却后，进行酸化处理，使石英砂的表面羟基化，然后脱酸、洗涤、干燥，得到载体物A；

(4)采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛溶胶，常温搅拌下加入质量比为0.05％～0.1％的偶联剂，得到包膜物B；

(5)将载体物A与包膜物B按重量比1:0.05～0.2混合均匀，在120～200℃下干燥2～3.5h，再在350～500℃下灼烧2～3.5h，冷却后水洗，烘干，制得所述光触媒材料。

优选地，步骤(1)中，所述石英砂为高纯石英砂，其比表面积采用氮吸附法或BET法测定。

优选地，步骤(1)中，所述碱性溶液的质量百分比浓度为20％～40％。

优选地，所述碱性溶液包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种的水溶液。