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；
2)进一步的，在其中添加白云母和高比表面积的氧化铝后，使得催化材料在紫外
光和可见光下均具有良好的催化效果；将所述二氧化钛分布在氧化铝中，最终所得的复合
材料的其粒径为0.5～2mm，利于光催化剂的再生利用，且二氧化钛在其中的分布均匀，结合
牢固。
3)本发明所述的方法制备工艺简单，条件温和，可控性强，而且制得的二氧化钛为
锐钛矿型，结晶化程度好，避免了高温煅烧晶化时晶粒迅速长大及硬团现象。
总之，本发明通过选择在原料中添加Fe3+、白云母和氧化铝，提高了复合材料的催
化效率和重复利用率，且在可见光下也具有较强的催化性能，同时，本发明所述的方法简
单，条件温和，可控性强，最终可制得一种结晶化程度好的锐钛矿型二氧化钛。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种二氧化钛光催化复合材料，由包括如下原料制备而成：
本实施例还提供该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将无水乙醇分为无水乙醇a30mL和无水乙醇b29mL两份；
室温下将钛源加入无水乙醇a中，搅拌40mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸
馏水、冰乙酸和无水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸铁，充分搅拌形成溶液B；
2)30℃下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均匀透明的溶胶；在滴
加的过程中，以100r/min的速度对溶液A进行搅拌；
3)将所述溶胶在100℃下进行真空干燥，得到干凝胶；
4)将所述干凝胶在600℃下进行焙烧，得到二氧化钛光催化复合材料。
在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为5.1％、
6.2％、3.4％、5.6％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为5.4％、6.3％、
3.5％、5.7％。
实施例2
本实施例涉及一种二氧化钛光催化复合材料，同实施例1相比，其区别在于，还在
所述原料中添加40g比表面积为350m2/g的氧化铝；其制备方法为：
1)将无水乙醇分为无水乙醇a 30mL和无水乙醇b 29mL两份；
室温下将钛源加入无水乙醇a中，搅拌40mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸
馏水、冰乙酸和无水乙醇b充分混合，再向其中添加硝酸铁，充分搅拌形成溶液B；将氧化铝
溶于去离子水中至饱和，排出多余的水，得饱和氧化铝；
2)30℃下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均匀透明的溶胶；在滴
加的过程中，以150r/min的速度对溶液A进行搅拌；
3)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；添加的
过程中对所述饱和氧化铝以100～200r/min的速度进行搅拌；
4)将所述凝胶在100℃下进行真空干燥，得到干凝胶；
5)将所述干凝胶在600℃下进行焙烧，得到二氧化钛光催化复合材料。
在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为4.6％、
4.9％、3.1％、2.6％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为4.7％、5.0％、
3.2％、2.7％。
实施例3
本实施例涉及一种二氧化钛光催化复合材料，同实施例1相比，其区别在于，还在
所述原料中添加40g比表面积为350m2/g的氧化铝，和7g白云母；其制备方法为：
1)将无水乙醇分为无水乙醇a 30mL和无水乙醇b 29mL两份；
室温下将钛源加入无水乙醇a中，搅拌40mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸
馏水、冰乙酸和无水乙醇b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；
将氧化铝溶于去离子水中至饱和，排出多余的水，得饱和氧化铝；
2)30℃下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均匀透明的溶胶；在滴
加的过程中，以150r/min的速度对溶液A进行搅拌；
3)将所述溶胶加入到饱和氧化铝中，搅拌60min，静置至其形成凝胶；添加的过程
中对所述饱和氧化铝以100～200r/min的速度进行搅拌；
4)将所述凝胶在100℃下进行真空干燥，得到干凝胶；
5)将所述干凝胶在600℃下进行焙烧，得到二氧化钛光催化复合材料。
在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为4.1％、
4.2％、3.1％、2.5％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为3.9％、4.1％、
3.0％、2.5％。
实施例4
同实施例3相比，其区别在于，白云母的添加量为4g，其他均与实施例3相同，所得
的二氧化钛光催化复合材料，
在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为3.6％、
3.9％、3.1％、2.8％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为3.7％、3.8％、
3.2％、2.9％。
实施例5
本实施例涉及一种二氧化钛光催化复合材料，由包括如下重量份的原料制备而
成：
本实施例还提供该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将无水乙醇分为无水乙醇a 11mL和无水乙醇b 9mL两份；
室温下将钛源加入无水乙醇a中，搅拌30mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸
馏水、冰乙酸和无水乙醇b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；
将氧化铝溶于去离子水中至饱和，排出多余的水，得饱和氧化铝；
2)30℃下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均匀透明的溶胶；在滴
加的过程中，以150r/min的速度对溶液A进行搅拌；
3)将所述溶胶加入到饱和氧化铝中，搅拌50min，静置至其形成凝胶；添加的过程
中对所述饱和氧化铝以100～200r/min的速度进行搅拌；
4)将所述凝胶在80℃下进行真空干燥，得到干凝胶；
5)将所述干凝胶在550℃下进行焙烧，得到二氧化钛光催化复合材料。
在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为4.0％、
4.0％、3.1％、2.7％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为4.2％、4.1％、
3.2％、2.5％。
实施例6
本实施例涉及一种二氧化钛光催化复合材料，由包括如下重量份的原料制备而
成：
本实施例还提供该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将无水乙醇分为无水乙醇a 55mL和无水乙醇b 45mL两份；
室温下将钛源加入无水乙醇a中，搅拌50mins后得到透明黄色溶液A；室温下将蒸
馏水、冰乙酸和无水乙醇b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；
将氧化铝溶于去离子水中至饱和，排出多余的水，得饱和氧化铝；
2)35℃下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加到溶液A中，得到均匀透明的溶胶；在滴
加的过程中，以80r/min的速度对溶液A进行搅拌；
3)将所述溶胶加入到饱和氧化铝中，搅拌70min，静置至其形成凝胶；添加的过程
中对所述饱和氧化铝以100～200r/min的速度进行搅拌；
4)将所述凝胶在80℃下进行真空干燥，得到干凝胶；
5)将所述干凝胶在550℃下进行焙烧，得到二氧化钛光催化复合材料。
在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为3.8％、
3.9％、3.1％、3.6％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为3.6％、3.6％、
2.9％、3.5％。
对比例1
同实施例1相比，其区别在于，所述原料中不添加硝酸铁，所得二氧化钛光催化复
合材料，在紫外光源条件下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为5.5％、
6.5％、5％、6.3％。
在白炽灯下对汽车尾气中CO、CO2、HC、NOX在60mins的降解分别为8％、9.7％、
6.3％、7.9％。
由以上实施例和对比例可看出，采用本发明所述的原料制得的产品可有效地降解
汽车尾气中的有害物质，提高对有害物质的解率，降解后尾气中的有害物质的百分含量明
显地低于不采用本发明所述材料降解的尾气中的有害物质。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描
述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见
的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的
范围。