[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应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种可见光催化剂，尤其涉及一种可降解有机污染物的可见光催化剂及其应用，特别涉及改性的二氧化钛基光催化材料。

(二)技术背景

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的紫外光激发下才能具有光催化活性，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相应。一种方法是在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碳、氮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。发明人在前期已发表论文中(Applied Catalysis B：Environmental 2009，90249-254)实验证明TiO₂与聚乙烯醇(PVA)复合催化剂具有可见光吸收效果，而对稀土元素掺杂提高可见光吸收效果，进而应用在有机物降解领域没有研究。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种稀土元素掺杂、有机物复合的二氧化钛(TiO₂/D-PVA/Y³⁺)可见光催化剂，具有较高的可见光吸收效率，并能在可见光照射下有效降解有机物，具有较高的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种可见光催化剂，是由Ti(OH)₄、聚乙烯醇(PVA)、Y³⁺盐通过水热合成制备得到；所述的聚乙烯醇的质量用量以Ti(OH)₄的物质的量计为8～32g/mol；所述Y³⁺盐与Ti(OH)₄的投料摩尔比为0.004～0.020∶1。本发明制备得到的可见光催化剂为PVA(在水热法制备过程中发生降解，简写为D-PVA)和Y³⁺复合改性的二氧化钛，简写为TiO₂/D-PVA/Y³⁺。

进一步，所述的水热合成优选在160～200℃的温度条件下进行。

进一步，水热合成反应体系中，推荐去离子水的加入质量按Ti(OH)₄的物质的量计为1～6.4kg/mol。

进一步，本发明优选所述的聚乙烯醇的聚合度为124～1750。

进一步，本发明所述的Y³⁺盐为水溶性盐，优选Y(NO₃)₃·6H₂O，YCl₃·6H₂O或Y₂(SO₄)₃·8H₂O。

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

制备Ti(OH)₄中，所述的水解推荐是在40～90℃温度条件下水解2～4小时。

本发明具体推荐所述的可见光催化剂的制备包括如下步骤：