[发明专利]一种新型可降解有机污染物的可见光催化剂及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种降解有机污染物的半导体光催化剂及其制备方法，特别涉及改性的二氧化钛基光催化材料的制备方法。

(二)背景技术

半导体光催化材料是利用紫外光或可见光照射具有光催化活性的半导体材料来引发光催化反应，TiO₂由于氧化-还原能力强，可将大多数有机化合物光催化降解，脱色、去毒、矿化为无色小分子物质，从而消除对环境的污染，已被应用于水、空气等的净化处理，具有反应条件温和、二次污染小、易于操作、原料易得、无毒、光催化效率高等特点。然而，由于其具有3.2eV的禁带宽度，只能在波长小于387nm的紫外光激发下才具有光催化活性，但是太阳光仅含4％左右的紫外光，因而大大限制了它的应用。研究人员尝试用多种方法来改变其光吸收范围，以使其能对可见光有响应。一种办法是在TiO₂中掺杂过渡金属元素，但可见光效应不明显；另一种办法是合成化合价低于+4的钛还原态TiO_X，但成本昂贵；近年来，在TiO₂中掺杂非金属元素如氮、碳和硫等方面引起了人们的关注，该方法能有效地减小TiO₂禁带宽度，将其光响应范围从紫外光区扩大到可见光区。最近，采用有机染料和带有共轭不饱和结构的聚合物对TiO₂进行改性，使其具有可见光催化活性也引起了重视，但是稳定性和寿命一般不太理想。

(三)发明内容：

鉴于上述技术现状，本发明提供了有效改善上述缺点的一种新型可降解有机污染物的可见光催化剂及其制备方法，利用PVA(聚乙烯醇)与Ti(OH)₄通过水热法制备得到一种新型可见光催化剂TiO₂/D-PVA，研究结果表明，它能在可见光照射下有效降解有机物，具有较高的应用价值。

为了实现上述目的，本发明的方案为：

一种新型可降解有机污染物的可见光催化剂，所述的可见光催化剂是以Ti(OH)₄、以Ti(OH)₄的物质的量计为8～32克/摩尔的PVA用水热法制备得到的降解PVA包覆改性的二氧化钛，简写为TiO₂/D-PVA。

本发明所述的水热法是将Ti(OH)₄、以Ti(OH)₄的物质的量计为8～32克/摩尔的PVA和去离子水装入高压反应釜中，在160～200℃条件下反应制得TiO₂/D-PVA，所述的去离子水的质量按Ti(OH)₄的物质的量计为1～6.4千克/摩尔。

制备本发明所述的可降解有机污染物的可见光催化剂的方法，包括如下步骤：

(1)将PVA、Ti(OH)₄和去离子水装入高压反应釜中，PVA的质量按Ti(OH)₄的物质的量计为8～32克/摩尔，去离子水的质量按Ti(OH)₄的物质的量计为1～6.4千克/摩尔；

(2)在搅拌下加热至160～200℃；

(3)恒温反应4～10小时后，停止加热，冷却至室温；

(4)室温下将反应产物抽滤，取滤饼用去离子水洗涤，干燥后即得TiO₂/D-PVA。

优选的，所述的PVA的聚合度为124～1750。

本发明所述的Ti(OH)₄可来自于市售或者是由除Ti(OH)₄以外的其它钛源在40～90℃温度用碱水溶液水解制得。

所述的其它钛源优选为TiOSO₄或Ti(SO₄)₂。

制备Ti(OH)₄中所述的碱水溶液优选氨水、NaOH水溶液或KOH水溶液，所述加入的碱水溶液的浓度为1～5mol·L^-1。

所述的水解推荐是在40～90℃温度条件水解2～4小时。

具体的，本发明所述的Ti(OH)₄的制备方法包括以下步骤：

A、在40～90℃温度条件下，其它钛源在搅拌下用去离子水溶解；去离子水质量按其它钛源中含钛的当量数计为1～3千克/当量；

B、缓慢加入碱水溶液，直到pH值达到8.0～10.0，得到白色悬浊液；

C、将白色悬浊液继续恒温反应2～4小时；