[发明专利]一种高活性的TiO2基光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种光催化剂的制备方法，具体涉及一种高活性的TiO₂基光催化剂及其制备 方法。

背景技术

随着社会经济的发展，环境问题已作为一个不可回避的重要问题提上了各国政府的议事 日程。光催化以其室温深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，成为 一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。TiO₂以其高活性、安全无毒、化学性质 稳定(耐化学和光腐蚀)、成本低等优点，被公认为环境治污领域最具开发前途的环保型光催 化材料。

但是要将二氧化钛光催化技术发展成为一项实用的环境污染治理技术，还亟待解决以下 几个问题：(1)光量子效率低，单纯TiO₂光催化剂的光生电子-空穴对的再复合效率高，光 催化性能不突出，因此难以处理量大且浓度较高的工业废气和废水；(2)太阳能利用率低， 即在可见光作用下光催化活性较低，这是因为TiO₂的禁带宽度较宽(锐钛矿为3.2eV，金红 石为3.0eV)，仅能吸收太阳光中波长小于380nm的紫外光，然而太阳光中紫外光的能量仅 占3-5％；(3)单一的二氧化钛对有机污染物的吸附能力较差，而一般水中待处理的污染物浓 度较低，光催化降解时污染物与二氧化钛接触频率低，导致反应速率较慢，需要较长的时间 才能达到光催化的目的；(4)固定化条件苛刻，由于二氧化钛光催化剂易凝聚，不易回收， 因此需要负载于适当的载体上或用适当的固定化方法固定到基材的表面后，才能发挥光催化 作用。常规采用溶胶-凝胶或者水热的方法将二氧化钛涂覆在一些载体表面，存在涂层不均匀 且易从载体上脱落等问题；或者是采用粉末烧结法、热喷等方法将二氧化钛粉末喷涂在基材 表面，涂层制备复杂，工艺条件苛刻，成本较高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低的高活性的TiO₂基光催化剂的制 备方法；所制备的光催化剂结构、形态和组成可控，具有较高的可见光和紫外光催化活性， 对有机污染物的吸附能力强，二氧化钛与载体之间结合牢固，不容易脱落，催化剂回收方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将0.5～20wt％的炭材料和80～99.5wt％的 金属盐混合，在上述混合料中按C∶Ti的摩尔比为(0.5～10)∶1加入金属钛粉，研磨均匀，置于 氧化铝坩埚内，在氩气保护下以0.5～20℃/min的升温速率加热至600～1200℃，保温0.1～50h， 冷却至室温；再将坩埚内产物洗涤和过滤，干燥后将其置于管式炉中，在氧化性气体氛围中， 于100～500℃条件下氧化0.1～48h，然后冷却至室温，得到高活性的TiO₂基光催化剂。该光 催化剂为TiO₂/TiC/C三元复合光催化剂、TiO₂/C二元复合光催化剂、TiO₂/TiC二元复合光催 化剂、TiO₂一元光催化剂中的一种。

其中：炭材料为碳纳米管、炭纤维、炭黑、石墨粉中的一种；洗涤是用蒸馏水洗涤或在 水中煮沸，洗至用0.05mol/L硝酸银溶液滴定滤液中观察不到白色沉淀为止；金属盐为碱金 属的氯化物、氟化物、硝酸盐、硫酸盐中的一种以上；氧化性气体为空气、氧气、水蒸气中 的一种。

由于采用上述技术方案，本发明和现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用的先熔盐后氧化的方法，成本低；

2、本发明所制备的光催化剂结构、形态和组成可控，能制备成纳米管、纤维、粉体等形 态，结构和组成或以TiO₂/TiC/C三元为主、或以TiO₂/C二元为主、或以TiO₂/TiC二元为主、 或以TiO₂一元为主；

3、本发明所制备的光催化剂对有机污染物的吸附能力增强，在可见光和紫外光下均具有 较高的光催化活性，提高了太阳能的利用效率，能有效降解一定种类的有机污染物；

4、二氧化钛在炭基体表面分布均匀；

5、二氧化钛与炭基体以化学键相结合，连接牢固，不会发生脱落，催化剂回收方便。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对保护的范围的限制。