[发明专利]纳米二氧化钛复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种污水处理技术领域的催化剂及其制备方法，具体是一种纳米二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

自从上世纪以来，随着工业化进程的加快，有机染料的应用越来越广泛。在使用过程中要求有机染料的稳定性好，但是当该类有机物的用量足够多时，由于难降解使其容易在自然界中富集，并通过各种渠道，特别是生态系统的食物链经过传递进入人体，危害人类的生命健康，近年来动物界和人类的雌性化现象、癌症高发病率等诱因主要源于这些持久性有机污染物，国际上统称为POPs(Persistent Organic Pollutants)。在电子工业中作为常规项目的电镀程序中经常用到含硫类有机物提高电镀效率、改进电镀效果，然而当以废水的形式排放到自然界系统中后，给生态系统同样带来严重的危害。对于这些有机污染物废水，人们研究出了多种先进手段进行处理，当前普遍采用紫外辐射、臭氧、芬顿反应和光催化等高级氧化技术。通过这些方法，一定程度上可以将结构复杂、难降解或生物转化的有机物进行处理，但是往往具有耗能等成本昂贵等缺点。相对而言，其中的光催化技术具有更大的潜在应用前景。特别是利用纳米二氧化钛作为光催化剂时，以其氧化活性较高、化学稳定性好、成本低、无污染等优点最受重视，是目前应用最广泛的纳米光催化材料，也是最具有开发前途的绿色环保型催化剂。但是其作为光催化剂走向真正的应用仍存在一定的困难，其中一个重要的瓶颈性问题就是激发波长的限制。由于二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，要求其对应的激发波长应小于387nm，属于紫外光区(紫外光在太阳能中含量不足5％)，从利用太阳能的角度出发，最经济实用的光催化剂应该能利用太阳光中丰富的可见光部分，并以此来替代昂贵的人工光源。因此如何利用可见光作为的激发光源成为目前光催化研究中最重要的课题，而具有可见光相应光催化剂的制备将会是解决该类方法的重要途径之一。此外光催化处理技术中的核心过程——污染物在催化剂表面的降解——是一个界面化学反应，当污染物容易在催化剂表面吸附较强时可有效提高催化效率，因此催化剂表面的特性在催化剂的应用中扮演这重要的角色。在当前已申请的专利中，未见有关二氧化钛基的复合纳米催化剂用于含硫有机污染物处理的相关内容。

同时科学研究表明，金纳米粒子具有可见光吸收和对硫有较高亲合性等特征为其负载在纳米二氧化钛颗粒表面制备可有效处理含硫有机物污染水的处理提供了可能。而该种复合型光催化剂的制备将为含硫类有机物污染废水的处理提供新的手段。因此发明一种制备该类催化剂的简单方法对于处理工业污染废水、改善人类生存环境具有十分重要的社会和经济价值。

经检索专利文献，还未见有类似纳米二氧化钛复合光催化剂制备方法报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种纳米二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，通过将二氧化钛纳米粉体与氯金酸溶液混合，加入尿素溶液恒温热浴的条件下冷凝回流，之后经过去离子蒸馏水清洗与加热干燥等处理得到具有可见光响应的复合纳米光催化剂。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及纳米二氧化钛复合光催化剂的组分及其质量百分比为：60％～99.5％纳米二氧化钛颗粒和40％～0.5％氯金酸颗粒，其中：纳米二氧化钛颗粒的粒径为10～80nm，在纳米二氧化钛颗粒表面附着粒径为5～10nm的氯金酸颗粒。

本发明涉及纳米二氧化钛复合光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步、取纳米二氧化钛颗粒加入氯金酸溶液并混合均匀；

所述的氯金酸溶液的浓度为5～20g/L；

所述的纳米二氧化钛颗粒的粒径为10～80nm，该二氧化钛颗粒的用量和氯金酸溶液的质量比为4∶1～9∶1。

第二步、进一步向氯金酸溶液中加入尿素溶液，然后在70℃～110℃条件下冷凝回流4～10小时制成纳米悬浮液；

所述的尿素溶液的浓度为0.6Mol/L。

第三步、对纳米悬浮液采用去离子水进行洗涤，然后在恒温环境下进行干燥处理，最后将干燥处理后的纳米悬浮液冷却至室温并制得纳米二氧化钛复合光催化剂。

所述的去离子水进行洗涤是指用去离子蒸馏水洗涤纳米悬浮液共3次。

所述的恒温环境下进行干燥处理是指在105℃的条件下恒温干燥24小时。

本发明通过将工业化生产的、具有催化活性的纳米二氧化钛颗粒(锐钛矿晶形为主)与氯金酸溶液混合均匀，加入尿素溶液恒温热浴的条件下冷凝回流，之后经过去离子蒸馏水清洗与加热干燥等处理得到具有可见光响应的复合纳米光催化剂。