[发明专利]非金属N掺杂一维纳米结构TiO2可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于室内空气污染控制领域的纳米TiO₂催化剂，尤其涉及一种非金属N掺杂一维纳米结构TiO₂可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

室内空气污染程度一般高出室外5～10倍，且人们有80～90％时间在室内度过，从某种程度上来讲，空气污染对人体健康的影响主要在室内。中国标准化协会提供的调查显示：60％的疾病是由室内空气污染造成的。90年代末期，随着国内住房改革和国民生活水平的提高，特别是建材业的高速发展，装修热的兴起，由装饰材料所造成的污染成了室内污染的主要方式。

在我国目前的居住条件下，由室内空气造成的治病率和死亡率很高，室内空气中的主要污染物有氮氧化物，硫化物，甲醛和苯系物，其中由装修材料引起的甲醛、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)等挥发性有机化合物(VOCs)的污染已成为目前室内空气的主要污染因素。

清除空气中的VOCs，通常采用通风，或用活性炭吸附和催化氧化分解法，这些措施会导致二次污染或者净化效率不高。光催化技术具有无毒、反应条件温和、选择性小、矿化率高等优点，在降解污染物，尤其是有机物方面越来越受到人们的重视，已经逐渐成为近年来的研究热点，并且越来越显示出其宽阔的应用前景。

然而作为光催化材料，TiO₂禁带较宽(3.2eV)，在可见光范围内没有响应，仅能吸收小于387nm的紫外光，对太阳能利用率低(约3～5％)；载流子的复合率高，光量子产率低，致使光催化效率较低，这两个缺陷影响了其对太阳光的有效利用，制约了其在室内空气治理方面的应用。虽然对TiO₂进行金属掺杂能使其有较好的可见光响应特性，但是掺杂金属会导致TiO₂的热稳定性下降、载流子的复合中心增多或者需要昂贵的离子注入设备。

随着2001年Asahi(R.Asahi，T.Morikawa，T.Ohwahi，K.Aoki，Y.Taga的“Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-doped Titanium Oxides”(《Science》2001，293：269～271)在Science上关于氮取代晶格氧的氮掺杂的TiO_2-XN_X在不降低紫外光活性的前提下使其具有可见光活性的论文的发表，揭开了TiO₂非金属掺杂的序幕。

公开号为CN1274410C的专利文献(发明名称为：一种氮掺杂氧化钛介孔光催化材料及其制备方法)公布了氮掺杂氧化钛介孔光催化材料的制备方法，采用钛醇盐和硫脲为原料合成钛基前驱体，再以此前驱体在氨气氛围中煅烧，得到了具有可见光响应介孔氮掺杂氧化钛光催化剂。但该法制备的催化剂不具有一维结构。公开号为CN1562461的专利文献(发明名称为：硫和氮阴离子双掺杂的纳米氧化钛催化剂及合成方法)提供了一种硫氮阴离子双掺杂的纳米金红石相TiO₂的可见光催化剂及合成方法，采用水热及氨气氮化合成了硫氮双掺杂的纳米TiO₂可见光催化剂，其对有机染料亚甲基兰的降解要优于硫或氮单掺杂的纳米氧化钛，并且TiO₂为金红石型。但该技术中催化剂也不具备一维结构。公开号为CN1699636的专利文献(发明名称为：一维单晶二氧化钛纳米材料的制备方法)公开了一种采用水热结合后续处理的方法，合成了一维单晶TiO₂，但该材料仅对紫外光有响应，不能利用可见光降解环境污染物。

发明内容

本发明提供一种能够用于可见光激发的高活性非金属氮掺杂一维结构TiO₂光催化剂及制备方法。

一种非金属N掺杂一维纳米结构TiO₂可见光催化剂，通过如下方法制得：

(1)采用水热法，将纳米TiO₂粉体、TiO₂胶体或Ti(OH)₄与碱溶液配制成混合悬浮液，在高压釜中，60～300℃(优选150℃)进行水热反应3～168h(优选48h)；

所述碱溶液为NaOH或KOH溶液，碱溶液的摩尔浓度为1～20mol/L。

进行水热反应时填充度，即反应物料的体积占高压釜内衬体积的比例为10～90％。