[发明专利]一种贵金属修饰二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，具体地说是在反应器的光催化体系中，通过光催化氧化反应和光催化还原反应同时进行的耦合过程制备贵金属修饰二氧化钛光催化剂。

二、背景技术

二氧化钛具有光催化活性，可以将污垢、污染物中的有机物、细菌等分解成CO₂、H₂O或H₂等无害物释放到空气中。其光催化活性高，稳定性能好，无污染且价格低廉，在光催化领域具有十分广阔的应用前景。但二氧化钛带隙较宽(3.2eV)，只有波长小于387nm的紫外光才可激发二氧化钛产生光生电子和空穴，进而发生反应。这极大地限制了二氧化钛的应用。研究表明，在TiO₂表面沉积适量的贵金属(如Pt，Pd和Ag等)可大大提高催化剂的活性。中国专利CN 1593748A公开了一种利用化学沉淀法制备负载银的二氧化钛光催化剂，采用双氧水对银进行还原。中国专利CN 100341610C公开了一种光催化沉积担载钯的方法，该方法将表面预涂敷二氧化钛膜的无机陶瓷支撑体浸渍于单一钯盐的溶液中，然后将支撑体提离溶液，用紫外光对膜表面进行照射，即在膜表面形成了一层钯膜。刘守新等在催化学报上公开了一种光化学沉积法制备Ag/TiO₂光催化剂的方法，该法将TiO₂浸渍于AgNO₃溶液中，然后用8W低压汞灯照射90分钟，蒸馏水洗，95℃干燥16小时制得所需催化剂

三、发明内容

本发明旨在提供一种由贵金属修饰的二氧化钛光催化剂的制备方法，所要解决的技术问题是通过光催化氧化—光催化还原耦合法将贵金属离子还原成原子沉积在二氧化钛的表面上。

本发明所称的贵金属修饰二氧化钛光催化剂就是在二氧化钛微粉颗粒表面负载有贵金属原子，或者说贵金属原子沉积在二氧化钛微粉颗粒的表面上。

所述的二氧化钛选自锐钛矿型或金红石型或板钛矿型或它们之间的混晶的二氧化钛，微粉颗粒是指平均粒径为50～5000nm的颗粒。

所述的贵金属选自金(Au)或银(Ag)或铂(Pt)或钯(Pd)中的一种或多种贵金属。

本发明所称的贵金属修饰二氧化钛光催化剂的制备方法是在光催化反应器中实现的光催化氧化还原耦合法，包括混悬液的配制、超声震荡、氧化还原反应、分离、洗涤和干燥，所述的混悬液是将二氧化钛微粉投入含有贵金属水溶性盐和有机物的混合水溶液中形成混悬液，二氧化钛浓度为0.05～5g/L，贵金属盐浓度为0.001～1g/L，有机物浓度0.001～2g/L，用酸和/或碱调混悬液pH值至1～12，超声震荡10～60min后投入光催化反应器中，在功率为8～125W的紫外灯或低压汞灯或功率为100～600W的中、高压汞灯光源照射下，于0～90℃温度反应0.5～8h，反应结束后分离、蒸馏水洗涤、最后干燥便得到由贵金属修饰二氧化钛光催化剂。

所述的贵金属水溶性盐选自硝酸银或/和乙酸银或/和银氨络合物或/和三氯化金或/和氯铂酸或/和氯化钯。

所述的有机物选自甲醇或乙醇或异丙醇或1，2，3-丙三醇等脂肪醇或者甲酸或乙酸或草酸或柠檬酸或乙二胺四乙酸等脂肪酸或者苯酚或对硝基苯酚等芳香族化合物中的一种或两种以上混合有机物。

优选无机酸或/和无机碱调混悬液pH值至2～8。

所述的无机酸选自盐酸或硝酸或硫酸，所述的无机碱选自氨水或氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸氢钠或碳酸铵或碳酸氢铵。

优选光催化氧化还原温度10～50℃，时间1.5～～5小时。

用本方法可以制备二氧化钛质量百分含量为90～～99.99％、贵金属质量百分含量为0.01～～10％的贵金属修饰二氧化钛光催化剂。

所谓“光催化氧化还原耦合法”就是“光催化氧化反应—光催化还原反应”的反应—反应耦合过程。在金属离子与有机物共存的光催化体系中，光催化氧化反应和光催化还原反应可同时进行，氧化反应使有机物氧化降解，还原反应使金属离子还原为原子，通过原子的沉积制备负载型催化剂。在体系中电子受体与电子供体的共同存在、同时消耗，可有效地促进光生电子—空穴对的分离，达到共同反应、共同促进的目的。由于反应过程中光生空穴、电子不断消耗，有效地促进了光生电子和光生空穴的产生，从而提高了光催化氧化反应和光催化还原反应的速率。

称取本催化剂0.15g，放入800ml 0.2g/L的苯酚溶液中，以20W紫外灯为光源对苯酚进行降解，考察其催化活性，具体活性评价结果见表1。

表1 贵金属修饰二氧化钛光催化降解苯酚活性评价结果