[发明专利]一种具有高选择性降解作用的TiO2复合光催化剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有降解作用的TiO₂光催化剂的合成方法，特别涉及一种对2，4-二氯苯酚具有高选择性催化降解作用的TiO₂复合光催化剂的合成方法；属于新材料合成技术领域。

背景技术

2，4-二氯苯酚(2，4-dichlorophenol)是一种重要的有机中间体，主要用于化工、杀虫剂、防腐剂和造纸工业中。它具有恶臭异味和高度的毒性，属于环境激素，能通过食物链在动物体内积累。这些污染物都是一些很难被生物降解的有机物，不仅有碍于水生物的生长和繁殖，而且也有害于人体健康，它是美国环保局的优先控制污染物，也是我国水中优先控制污染物黑名单上的有毒污染物。因此控制和去除环境中的低浓度高毒性的污染物具有重要的现实意义。光催化降解是治理环境中有毒污染物的有效手段。二氧化钛(TiO₂)是一种重要的绿色环保材料，具有光电催化降解活性、强紫外线屏蔽能力。使其在废水处理、空气净化、抗菌杀菌、防晒护肤、功能陶瓷等诸多领域有着诱人的应用前景。目前使用的二氧化钛光电催化剂主要通过·OH和·O₂^-等氧化有机污染物，这些反应属于自由基氧化反应，对反应物毫无选择性；只要污染物在光催化剂表面具有较强的吸附能力，就能以几乎相同的速度被光催化降解，若利用TiO₂自由基氧化反应光催化处理实际污水体系时，共存浓度高的一般污染物会迅速在TiO₂表面达到饱和吸附从而被优先降解，从而导致低浓度高毒性的污染物得不到有效治理。因此，如何实现低浓度高毒性污染物的高选择性优先降解问题，是环境科学领域亟待解决的科学难题之一。近年来有不少研究工作者已开始关注TiO₂光催化反应选择性的问题，如Robert等人通过调节溶液pH值改变TiO₂表面的电荷状态，从而改变TiO₂对溶液中有机污染物的吸附能力。但这一方法只对带正电荷或负电荷的有机污染物的处理才有一定效果，而绝大多数有机污染物是电中性的，用此方法无法实现其选择性降解。Inumaru等人用C8硅烷偶联剂改性TiO₂或者在TiO₂上涂覆SiO₂薄层，改变光催化剂的两亲性，增强对内分泌干扰素壬基酚的吸附能力，使其在500倍苯酚的存在下仍能被光催化降解。但是这种催化剂对很多其它亲油性有机污染物也具有较强的吸附和降解能力，使得其选择性相当低。另外，C8改性层在光催化过程中会被光催化降解，光催化剂的寿命也非常有限。从光催化降解反应的本质来看，无法通过上述这些技术来有效地解决光催化反应选择性的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种对2，4-二氯苯酚具有高选择性催化降解作用的TiO₂复合光催化剂的合成方法。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：一种具有高选择性降解作用的TiO₂复合光催化剂的合成方法，该方法包括以下步骤：

a、二氧化钛溶胶的制备：在醇类有机溶剂中滴加钛酸四丁酯，滴加时间为0.1～1小时，滴加时温度为20～70℃；然后滴加酮类抑制剂，滴加后搅拌0.1～1小时，最后在0.1～1小时内滴加硝酸、去离子水和醇类有机溶剂的混合溶液后，搅拌1～5小时得到二氧化钛溶胶；其中所述的醇类有机溶剂与钛酸四丁酯的体积比为：1∶0.5～2；所述的钛酸四丁酯与酮类抑制剂的体积比为1∶0.01～0.5；所述的钛酸四丁酯与混合溶液的体积比为1∶1～2；

b、水解缩合：将2，4-二氯苯酚溶于醇类有机溶剂中，在室温下加入功能单体，磁力搅拌反应10～50min，再加入交联剂，搅拌5～20min后，再加入步骤a中得到的二氧化钛溶胶后，搅拌1～10min加入弱酸水解缩合形成复合物，其中所述的2，4-二氯苯酚与醇类有机溶剂的重量比为1∶2～10，所述的醇类有机溶剂与功能单体的体积比为1∶0.2～1.0；所述的醇类有机溶剂与交联剂的体积比为1∶0.2～1.0，所述的醇类有机溶剂与二氧化钛溶胶的体积比为1∶0.5～2；

c、TiO₂复合光催化剂的制备：将上述水解缩合后的复合物在室温下孵化反应5～40小时后，过滤洗涤，洗涤后在温度为80～150℃的真空条件下老化5～40小时，然后除去模板2，4-二氯苯酚，最后在温度为200～700℃的条件下灼烧1～6小时后制得TiO₂复合光催化剂。