[发明专利]Bi12SiO20负载TiO2光催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明属催化剂范畴，特别涉及一种以Bi₁₂SiO₂₀为载体的TiO₂光催化剂的制备及其在光催化方面的应用。

背景技术：

随着环境污染日益突出，空气质量问题愈来愈受到人们的关注。1990年美国《清洁空气法》修正案列举了189种有毒有害气体，其中大部分是空气中挥发性有机污染物。过去几十年，人们曾把主要注意力放在外环境的空气污染及治理上，近十几年来，才意识到室内空气的卫生学意义。欧洲、北美、日本等国从二十世纪八十年代就开始了对室内环境质量的研究工作，而我国也于上世纪末陆续制定出一系列《室内空气质量标准》，以此做为评价室内空气污染水平的依据。有统计表明，在各类室内环境中检出的有机污染物种类多达200余种，它们中有些是有毒的，有些能够诱发疾病、致癌或致畸。根据对我国部分建筑物室内空气的检测数据，新装修后污染严重的房间，甲醛的峰值浓度能达到0.8～1mg/m³，超过国家标准限制值(0.08mg/m³)10倍以上。另外，室内的空调设备、家具、化纤织物等也散发出许多有毒有害物质，如各种烃类、醛、酮、苯、二甲苯等。恶劣的室内空气正在给人类的健康带来严重危害。

大部分室内污染物是可氧化的，光催化法是去除污染物的最有效方法。TiO₂是目前使用最多的一类半导体光催化剂。沈杭燕、唐新硕在“TiO₂粉末催化剂光催化降解室内空气中有机污染物”《杭洲大学学报(自然科学版)》1998，25(4)中研究了TiO₂对甲醛、乙醛、丙酮、邻二甲苯等室内有机污染物的催化降解性能。苏文悦、付贤智、魏可镁则在“溴代甲烷在TiO₂上的光催化降解研究”《高等学校化学学报》2001，22(2)中考察了溶胶-凝胶法制备的TiO₂降解CH₃Br的气相光催化行为，均获得有意义的结果。各种有机污染物之所以能被TiO₂光催化剂催化降解，是因TiO₂具有特殊的电子结构：价带充满、导带全空和禁带较宽，因而价带电子可被紫外光激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴。光生电子和光生空穴能迅速迁移到催化剂表面并且有很强的氧化还原能力，光生空穴可夺取吸附在催化剂表面的有机物的电子，使原本不吸收入射光的有机物活化氧化分解。然而，TiO₂光催化剂的应用仍然受到两方面的限制：一，由于TiO₂的禁带宽度为3.2eV，使其仅能被波长小于386nm的紫外光所激发，因此拓宽TiO₂光催化剂的光响应范围，激发产生更多的光生电子和空穴，就成了提高TiO₂光催化剂催化活性的重要课题；二，TiO₂被激发后，产生的光生电子的和光生空穴的寿命很短，二者复合就失去了催化活性。因此，捕获TiO₂被紫外光激发后的光生电子或空穴，阻止其复合延长其寿命则是提高TiO₂光催化剂催化活性的另一重要任务。

目前，解决第一个问题的方法主要有：(1)，向TiO₂中掺杂Fe³⁺等金属离子；(2)，向TiO₂中掺杂N、S等非金属离子；(3)TiO₂表面敏化。如李俊华、傅惠静、傅立新、郝吉明在“金属离子掺杂的TiO₂薄膜的制备及其光催化降解甲苯的性能”《催化学报》2005，26(6)中；刘守新、陈孝云、李晓辉在“N掺杂对TiO₂形态结构及光催化活性的影响”《无机化学学报》2008，24(2)中；张冬冬、莫越奇、宋琳、黄雄飞、仇荣亮在“芴与噻吩共聚物敏化半导体在可见光下催化降解罗丹明B”《过程工程学报》2008，8(1)中采用上述方法，成功制备出比纯TiO₂禁带窄光响应范围宽的光催化剂。