一种具有光催化性能的多孔电气石板的制备方法

摘要

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TiO

说明书

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。