[发明专利]制备碳掺杂介孔TiO2膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂膜及其制备方法技术领域，尤其涉及一种碳掺杂介孔TiO2光催化剂膜及其制备方法。

背景技术

近年来，水污染问题日益受到人们的重视。通过高级氧化过程(Advanced Oxidation Processes，AOPs)将有毒污染物降解是一种污水净化的途径。纳米TiO2光催化材料作为一种最有发展前景的光催化剂进行污水净化已经成为最有前途的方法之一。普通纳米TiO₂光只能被可见光激发，因此延伸TiO₂的吸收光谱到可见光区是利用太阳光降解的关键。元素如C、N、F掺杂是提高TiO₂可见光催化活性的重要方法。通过掺杂改性后，TiO₂的光催化降解反应可利用可见光源及太阳光激发，能有效利用取之不尽而有清洁的太阳能。

纳米TiO₂光催化实际应用须解决的一个关键问题是提高光催化效率。影响光催化效率的因素很多，其中主要是污染物在光催化剂表面上的输运、吸附、氧化分解、产物的脱附和传递等。制备高比表面积的纳米TiO₂光催化剂是提高光催化效率的可行途径。常见的光催化处理体系包括悬浮体系和膜负载体系。悬浮体系使用的光催化剂都是粉末TiO₂，而粉末光催化剂在使用中有诸多不便，如存在回收困难等问题。负载体系避免了催化剂回收困难的问题，但负载的光催化剂膜因表面积的减少而影响其活性。因此，制备具有高比表面积特性的介孔光催化膜也成为TiO₂光催化降解技术研究的热点。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备碳掺杂介孔TiO₂膜的方法，解决了现有技术中常见光催化剂催化活性低或者回收困难等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种制备碳掺杂介孔TiO₂膜的方法，其特征在于所述方法包括以葡萄糖作为结构成型剂，同时加入的葡萄糖也作为碳掺杂源，采用溶胶-凝胶联 合水热处理方法一步制备碳掺杂介孔TiO₂膜的步骤。

优选的，所述方法具体按照如下步骤进行：

(1)以Ti(OBu)₄为原料通过溶液-凝胶法形成纯TiO₂纳米粉末；

(2)以质量比为1∶1～4∶1的纯TiO₂纳米粉末和葡萄糖为原料，采用溶胶-凝胶联合水热处理方法在载体上一步成膜。

优选的，所述步骤(2)中载体选自平整玻璃、石英片。

本发明技术方案中利用绿色环保的葡萄糖作为结构成型剂和碳掺杂源，通过溶胶-凝胶联合水热处理技术一步制备高比表面积具有可见光催化活性的介孔碳掺杂的二氧化钛膜，利用光催化膜的高比表面积和可见光吸收特性提高太阳光下污水处理的效率。高比表面积能大大增加光活性物种的产生几率，提高光催化活性位点的分布区域，提供更多的活性位点，使膜在可见光下的催化降解效率得到提高。

本发明的碳掺杂介孔二氧化钛膜的制备技术，得到的碳掺杂介孔二氧化钛光催化膜是由纳米尺寸的二氧化钛溶胶组成，采用溶胶-凝胶联合水热处理技术在载体上一步成膜。载体可以是平整玻璃、石英片。所述光催化膜的碳掺杂及介孔特性是利用绿色环保的葡萄糖同时作为结构成型剂和碳掺杂源实现的。所述的光催化膜同时具有紫外或可见光激发的污水净化能力。其可见光催化活性是通过C元素掺杂实现的。

本发明得到一种碳掺杂介孔TiO₂膜光催化剂，以绿色环保的葡萄糖为结构成型剂和碳掺杂源，以简便、低廉的溶胶-凝胶法联合水热技术制备。通过碳掺杂使催化剂的吸收光谱延伸到可见光区，同时介孔的结构使催化膜具有高比表面积。由本发明制得的催化剂膜具有高光催化活性。同时，掺杂和介孔膜的形成一步完成，所述方法简单易行。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明利用葡萄糖作为成膜过程中的介孔诱导剂并同时提供元素掺杂的碳源。所用试剂具有无毒、低成本的特点。介孔膜的形成和催化剂的掺杂修饰一步完成，制备过程不产生有毒物质，具有绿色环保、简单、高效的优点。

利用本发明制备的碳掺杂介孔TiO₂膜进行水中有机物的降解能有效地提高光催化效率。同时，本发明采用的碳掺杂介孔二氧化钛光催化膜具有可 见光催化活性，可利用清洁的太阳光激发纳米二氧化钛光催化剂进行污水处理，节省能源。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：