微米级磁载型TiO₂催化剂的制备方法

摘要

本发明提供了一种微米级磁载型TiO2催化剂，其制备方法包括以下步骤：载体的预处理、微米级磁核的制备、微米级磁载型TiO2催化剂的制备。本发明以微米级MCM-41介孔分子筛为载体，首先将纳米Fe3O4沉积在MCM-41分子筛孔道内，制成微米级磁核；然后采用溶胶-凝胶法在微米级磁核的表面原位生成纳米TiO2。将微米级磁核与TiO2耦合后制备成太阳光响应高活性微米级磁载型TiO2催化剂。通过引入Fe3O4，不仅有效扩展TiO2光激发响应波长，使催化剂吸收波长红移，提高太阳光利用率。而且，微米级磁特性使其更易于分离回收，可采用电磁铁对其磁分离回收，也可采用微孔滤膜对其进行过滤回收，回收率均可达100%。

主权项

一种微米级磁载型TiO2催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）载体的活化预处理以微米级MCM‑41介孔分子筛为微米级磁载型TiO2催化剂磁核载体，将所述MCM‑41介孔分子筛置于马弗炉中，采用阶梯升温保温法进行热处理活化MCM‑41介孔分子筛，活化步骤为：在1h‑2h时间内升温到200℃‑250℃，恒温1h‑2h；然后在1h‑2h时间内升温到350℃‑400℃，恒温1h‑2h；最后在1h‑2h时间内升温到550℃‑600℃，恒温4h‑6h；（2）钛酸丁酯水解缓冲液的配制将8.52ml质量分数为36%～38%的浓盐酸，加入到已装有无水乙醇溶剂的1000mL容量瓶中配制成0.1mol/L的盐酸乙醇溶液作为钛酸丁酯水解缓冲液；（3）微米级磁核的制备将37.5g FeSO4·7H2O溶于500ml蒸馏水中，配制成0.27mol/L的FeSO4溶液，密封保存现配现用；将32g Fe2(SO4)3溶于500ml蒸馏水中，配制成0.16mol/L的Fe2(SO4)3溶液现配现用；配制2mol/L的NaOH溶液待用；在15℃‑35℃温度下，将0.1g‑5g活化之后的MCM‑41介孔分子筛与20ml 0.27mol/L的FeSO4溶液置于烧杯中，采用超声波分散仪分散3‑10min，记为A组分；量取50ml 0.16mol/L Fe2(SO4)3溶液，记为B组分；将A组分置于超声波分散仪内，开启机械搅拌器和超声波分散仪，之后将B组分加入A组分中混合均匀，形成C组分；向C组分中滴加2mol/L的NaOH溶液，得到黑色沉淀物，继续滴加直至将pH调至9‑12， 继续搅拌5min‑10min，得到黑色混合液，将黑色混合液抽滤，50℃‑90℃烘干8h‑12h，研磨过筛，即得微米级磁核；（4）微米级磁载型TiO2催化剂制备工艺制备原料:钛酸丁酯、无水乙醇、钛酸丁酯水解缓冲液、蒸馏水；反应物质体积比为：钛酸丁酯：无水乙醇：钛酸丁酯水解缓冲液：蒸馏水+钛酸丁酯水解缓冲液=10:10:20‑50:2.1+5；在15℃‑35℃温度下，将钛酸丁酯和无水乙醇置于梨形分液漏斗中，充分混合，得到钛酸丁酯组分，记为X组分；将蒸馏水与水解缓冲液置于梨形分液漏斗中混合均匀，得到蒸馏水组分，记为Z组分；将1.4g‑6.3g微米级磁核与20ml‑50ml水解缓冲液置于烧杯中混合，超声分散5‑20min，使载体在水解缓冲液中分散均匀，置于机械搅拌器下进行搅拌，得到水解缓冲液体系，记为Y组分；将X组分和Z组分滴加到Y组分中，得到钛酸丁酯水解体系，通过钛酸丁酯的水解‑缩聚反应来实现微米级磁载型TiO2催化剂的制备；同时向Y组分中滴加X组分和Z组分，滴加期间对钛酸丁酯水解体系间歇进行超声处理，形成溶胶，继续搅拌，直至形成凝胶，将凝胶体系放置陈化12h‑24h，在温度为100℃‑120℃范围内烘干12h‑24h，形成褐色固体颗粒，置于马弗炉中，在400℃‑700℃中灼烧2h‑5h后，冷却、研磨、过筛，即得到微米级磁载型TiO2催化剂。