[发明专利]负载Er3+：YAlO3/TiO2的光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种使液体或流动液体中有机污染物被氧化降解的负载型光催化剂制备方法。

背景技术：

随着工业进程的发展，人们的生存条件发生了翻天覆地的变化，生活水平大幅度提高，但与此同时也给人们赖以生存的环境带来了破坏性的影响。每年，大量含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质的有毒废水不断地排入江河湖海，不仅给我们人类的健康带来了极大的威胁，也给其他生物的生存带来了极大的影响。染料合成后处理及印染加工过程中，染料不能得到完全有效利用，因此生产、纺织印染及其它应用染料的行业排放大量含染料废水，例如中国每年排放的含染料废水达16亿吨，在德国也高达4.6×10⁷吨。很久以来，表面活性剂就一直在各个行业大量使用，其应用领域还在不断扩大，造成城市及工业排放废水含有高浓度表面活性剂污染。进入自然界中的表面活性剂，会在水面形成泡沫，阻碍水体的天然净化和人工净化。即使在水面没有形成泡沫的情况下，也可形成障碍膜，从而降低水中氧的传递速度，给水生生物呼吸造成困难导致死亡。严重时可使水体缺氧、腐败、发臭。另外，关于表面活性剂对人体致癌性和致畸的结论尚不统一，但其可能性仍然存在。

如何去除工业废水中的有毒物质如染料、表面活性剂、残余农药等已成为人们关注的焦点。针对这一课题，人们做了大量的研究，采用了各种不同的方法如生物降解、物理吸附、气提法、半导体催化等来去除水中的有毒化合物。但是，物理吸附法和气提法只是将有机物从一种相转移到另一种相中，因而它们均属于非破坏性技术，且由于工业废水中的有毒化合物大多含有苯环，目前所使用的生物降解方法进行处理效果也不佳(部分降解)，只有高级氧化工艺才可以将其完全破坏掉半导体光催化氧化技术即是高级氧化工艺的一种，它可利用光生强氧化剂将有机污染物彻底氧化为H₂O、CO₂等小分子，且适用范围广，能处理多种污染物，特别对难降解的有机物具有很好的氧化分解作用，故越来越受到人们的青睐。

TiO₂作为半导体光催化剂具有化学性质稳定，价廉易得，无毒，催化效率高等优点，因而被广泛地用来处理各种废水。但是，由于TiO₂的带隙较宽(Eg＝3.2～4.5eV)，可利用的激发光源仅限于紫外光(λ＜387nm)。使用紫外光激发TiO2降解各种废水则需耗费大量能源，而且还需要价格昂贵的设备。这对很多国家是难以承受的，特别是对发展中国家，因而影响和限制了TiO₂催化紫外光降解这一方法的普遍应用。而太阳光中仅含3％～5％左右的紫外光，直接利用太阳光激发TiO₂，其效率也是相当低的。

为了在降解过程中利用太阳能，人们对改善催化剂进行了大量的研究工作，如采用金属离子掺杂、窄带隙半导体复合和贵金属沉积等一些修饰改性技术及其它一些特殊处理方法(如紫外光光照，超声波分散和过氧化氢浸泡等)，以提高TiO₂利用可见光的能力。这样做虽然可以拓展TiO₂对光的吸收范围但其催化降解能力不会有显著的提高。不同波长的光激发TiO₂所产生的空穴是不一样的，也就是说这种方式产生的空穴的氧化电位是不一样的。片面提高TiO₂对可见光的吸收，也只能得到一些氧化能力较低的空穴，而这样的空穴不但本身难以降解稳定的有机污染物，如苯环和脂肪链等，而且也不能有效地氧化水分子产生氧化能力极强的氢氧自由基(·OH)。也就是说，只有用能量高的紫外光直接激发TiO₂才能产生氧化能力高的空穴。

现有的光催化剂有两大类，一种是未经修饰的TiO₂，必须用紫外光激发才可以催化氧化有机污染物质，虽然处理效率高，但由于采用了紫外光激发，因而能耗较高；另外一种是经过修饰的TiO₂，可以在可见光辐射下即可激发，但随之产生的空穴的氧化电位却有所降低，也即氧化能力有所降低。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种使液体或流动液体中有机污染物被氧化降解的负载Er³⁺:YAlO₃/TiO₂的光催化剂；

本发明的另一目的是提供一种负载Er³⁺:YAlO₃/TiO₂的光催化剂的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：