CN102553623B - 一种具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法，以电气石、石英、长石、高岭土、玻璃粉为原料，并以锯末或椰壳为成孔剂，干压成型并烘干，于650-750℃烧成多孔电气石板，将通过钛醇盐水解所制备的纳米TiO2溶胶，采用真空浸渍的方法涂敷在多孔电气石基板上，焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石板。解决纳米TiO2粉体细小不易分离、回收等问题，且这种材料具有较高比表面积和由此带来的高效光催化性和负离子释放性。光催化性采取降解甲基橙进行了测试，分别将负载纳米TiO2的多孔电气石板和纳米TiO2微球放入50ml浓度10mg/L的甲基橙溶液中，紫外灯照射4h后分离测其吸光度。计算甲基橙的降解率可知，负载纳米TiO2的多孔电气石对甲基橙具有较高的降解，几乎比纳米TiO2微球提高了40％。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔电气石板的制备方法，具体涉及一种具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们对生活环境的舒适性和卫生条件的要求越来越高，然而社会工业化的发展，环境污染也逐渐加剧。主要表现在室外和室内两个方面。室外主要是发电厂，化工厂，造纸厂等工业企业和汽车尾气造成的对水资源，空气资源和土壤资源的污染。室内则主要是房间装修，家具和城市高密度的人口所造成的局部小环境污染，为了解决这一问题，研制与开发具有高光催化性和负离子释放材料治理污染，提高人们的生活质量具有十分重要的现实意义。
中国专利：200410006971.3公布了一种表面包覆有微介孔二氧化硅的电气石与二氧化钛颗粒的复合体及其制法和用途，是由纳米或亚微米电气石、二氧化钛、银盐制成，具有健康功能材料的抗菌、辐射红外线、释放负离子等优点，可作为在涂料、纺织品、陶瓷、橡胶、塑料、纸或化纤中的健康材料使用。
中国专利：200510016260.9公布了一种含稀土的电气石/二氧化钛复合溶胶及其制备方法与用途，是由钛盐、无水乙醇、有机酸、无机酸、去离子水、电气石、稀土金属等制成，该溶胶不论是否有紫外线照射，都能产生大量的羟基自由基，具有优良的抗菌、净化空气效果。
中国专利：02156763.8”公布了一种电气石粉体的表面TiO2包覆改性增白方法，将电气石粉体加水制成浆，加酸调节pH至1.5～3.5，然后加入钛盐溶液和助剂，用碱溶液调节pH使钛盐水解并在电气石粉体表面进行沉淀反应，最后将沉淀反应产物进行过滤、洗涤、干燥和焙烧，本方法可显著提高电气石粉体的白度，同时增强电气石粉体的遮盖力和抗菌性能。
中国专利：200610108827公布了一种具有负离子释放功能的光催化粉体及其制备方法，是将带有掺杂元素的纳米二氧化钛包覆于微米极性矿物材料电气石颗粒，该光催化粉体具有释放负离子的功能，而且可以在紫外、可见光和微辐射条件下都具有较好的光催化效果的空气净化粉体材料。
中国专利：03137751.3公布了一种用于空气净化的负离子发生材料及其特殊的加工制备工艺。该材料是以高品质的电气石为主原料，同时添加多种功能材料如纳米二氧化钛、纳米组装无机抗菌剂和纳米除味剂、氧化铝、钛白粉、特种粘土等多种无机材料等支撑。其可祛除甲醛、氨、苯类等有毒、有害气体，对室内的人类活动形成的生物型污染如各类细菌具有显著的杀灭作用，同时对人体的体质有明显的增强作用。
TiO2是一种N型半导体材料，具有高活性，高热稳定性，强抗光氧化性，价格便宜等特性而成为最受重视的一种光催化剂，近期TiO2薄膜的光催化特性在化学、生物等领域，如污水处理、空气净化、抗菌、自清洁等被广泛的应用。TiO2若受到能量大于其禁带宽度Eg＝3.2ev的太阳光或荧光灯的照射，价带上的电子(e-)就会被激发到导带，在价带上产生相应的空穴(h+)，带负电的电子和带正电的空穴与吸附在半导体表面的H2O、O2发生反应，生成活性基团如·O2，·OH等，它们有强大的氧化分解能力，从而具有较高的光催化性能。
目前大规模使用的光催化剂为TiO2的悬浮体系，但这种体系易失活、分离困难、易造成二次污染、易凝聚、气阻大和不适合流动体系等缺点，从而严重地限制了光催化技术在废水及废气处理方面的应用和发展。
而电气石(Tourmaline)是一种由Si、Al、Na、Ca、Mg、B和Fe等元素组成的含水、氟等元素的环状硅酸盐矿物。天然矿物电气石具有电自极化性能，极化能量来自温度变化，且在无源条件下可产生负离子，对血液有净化功能，对细胞有复活作用，有自律神经的作用，可以增加人体的抵抗力；催化分解甲醛等有害有机分子，促进空气中悬浮物的沉降，从而能净化空气，在环保领域具有十分广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将纳米TiO2固定在多孔电气石基板上，利用电气石的天然电场、辐射的红外线和多孔基板对TiO2的高效附着性能进行光催化反应，能够显著提高TiO2的光催化反应效率的具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取12～18％的电气石粉体、15～30％的石英粉体、10～20％的长石粉体、40～55％的高岭土粉体和8～10％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量15～60％的锯末或椰壳末为成孔剂和7～9％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于650-750℃烧结，制备成多孔电气石板；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将12～28％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、4～6％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入68～82％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为8～10％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍取出后烘干，再真空浸渍、烘干反复进行数次后再在400～600℃焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板；
或将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在400～600℃焙烧，然后再将培烧后的多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在400～600℃焙烧反复数次得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板。
所述步骤1)的粉体粒径小于150目。
所述步骤1)的成孔剂的粒径为70-150目。
本发明将纳米TiO2固定在多孔电气石基板上，利用电气石的天然电场、辐射的红外线和多孔基板对TiO2的高效附着性能进行光催化反应，能够显著提高TiO2的光催化反应效率。电气石微粒本身具有强电场，在电气石基板表面负载纳米二氧化钛薄膜，用电气石表面强电场与二氧化钛光催化协同作用，可提高氧化效率，此外，电气石能够辐射红外线，在光催化反应后期氧化分解有机物的过程中具有一定的促进作用。本发明制备的光催化性能的多孔电气石板具有较高的光催化性和释放负离子的双重功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取12％的电气石粉体、20％的石英粉体、15％的长石粉体、43％的高岭土粉体和10％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量30％的锯末或椰壳末为成孔剂和7％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于650℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将12％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、6％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入82％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为9％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍取出后烘干，再真空浸渍、烘干反复进行5次后再在500℃焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板。
实施例2：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取12％的电气石粉体、15％的石英粉体、10％的长石粉体、55％的高岭土粉体和8％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量50％的锯末或椰壳末为成孔剂和9％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于750℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将28％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、4％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入68％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为10％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍取出后烘干，再真空浸渍、烘干反复进行6次后再在400℃焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板；
实施例3：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取12％的电气石粉体、30％的石英粉体、10％的长石粉体、40％的高岭土粉体和8％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量15％的锯末或椰壳末为成孔剂和8％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于680℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将20％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、5％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入75％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为8％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍取出后烘干，再真空浸渍、烘干反复进行4次后再在600℃焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板；
实施例4：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取18％的电气石粉体、18％的石英粉体、13％的长石粉体、42％的高岭土粉体和9％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量40％的锯末或椰壳末为成孔剂和7.5％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于700℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将15％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、5％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入80％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为9.5％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍取出后烘干，再真空浸渍、烘干反复进行5次后再在550℃焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板；
实施例5：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取15％的电气石粉体、15％的石英粉体、20％的长石粉体、40％的高岭土粉体和10％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量60％的锯末或椰壳末为成孔剂和8.5％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于720℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将25％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、4％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入71％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为8.5％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在450℃焙烧，然后再将培烧后的多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在450℃焙烧反复6次得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板。
实施例6：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取13％的电气石粉体、16％的石英粉体、12％的长石粉体、50％的高岭土粉体和9％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量20％的锯末或椰壳末为成孔剂和9％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于660℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将24％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、6％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入70％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为10％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在480℃焙烧，然后再将培烧后的多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在480℃焙烧反复3次得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板。
实施例7：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取12％的电气石粉体、15％的石英粉体、17％的长石粉体、48％的高岭土粉体和8％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量45％的锯末或椰壳末为成孔剂和7％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于735℃烧结，制备成多孔电气石板；
其中粉体粒径小于150目，成孔剂的粒径为70-150目；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将17％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、5％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入78％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为9％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在530℃焙烧，然后再将培烧后的多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在530℃焙烧反复6次得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板。
本发明制备的多孔电气石既具有光催化性又具有释放负离子的特点，经测试其光催化性能显著增强。
对负载纳米TiO2的多孔电气石材料的光催化性能采取降解甲基橙的方法进行了测试，将负载纳米TiO2的多孔电气石板和纳米TiO2微球放入50ml浓度10mg/L的甲基橙溶液中，紫外灯照射4h后分离测其吸光度，计算甲基橙的降解率可知，负载纳米TiO2的多孔电气石对甲基橙具有较高的降解，几乎比纳米TiO2微球提高了40％，可见其光催化和负离子释放双重作用优于单一光催化作用的纳米TiO2微球。
Claims (3)
1.一种具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法，其特征在于：
1)多孔电气石板的制备：
首先，按质量百分比取12～18％的电气石粉体、15～30％的石英粉体、10～20％的长石粉体、40～55％的高岭土粉体和8～10％玻璃粉体混合均匀得混合料，然后向混合料中加入混合料质量15～60％的锯末或椰壳末为成孔剂和7～9％的水混合均匀后入压机干压成型，烘干后于650-750℃烧结，制备成多孔电气石板；
2)纳米TiO2溶胶的制备：
按体积百分比将12～28％的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、4～6％的二乙醇胺混合后，在强力机械搅拌下再加入68～82％的无水乙醇，配制成溶液A；
按体积百分比将91％的无水乙醇和9％的蒸馏水混合，配制成溶液B；
边搅拌边向溶液A中滴加溶液B，滴加完成后继续搅拌得到纳米TiO2溶胶，纳米TiO2溶胶中溶液B的体积百分比为8～10％；
3)将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍取出后烘干，再真空浸渍、烘干反复进行数次后再在400～600℃焙烧，得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板；
或将多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在400～600℃焙烧，然后再将培烧后的多孔电气石板放入纳米TiO2溶胶中，真空浸渍后取出烘干，再在400～600℃焙烧反复数次得到负载纳米TiO2的多孔电气石基板。
2.根据权利要求1所述的具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的粉体粒径小于150目。
3.根据权利要求1所述的具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的成孔剂的粒径为70-150目。
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