[发明专利]一种活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛光催化的制备领域，尤其是涉及一种活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的制备方法。

背景技术

TiO₂作为一种理想的半导体光催化剂，在水、空气净化、消毒抗菌以及污水处理等领域中有着广阔的应用前景和优势。TiO₂化学性质稳定(常温下几乎不与其他化合物反应，不溶于水、稀酸、微溶于热硝酸)、耐光腐蚀，具有较大的禁带宽度、氧化还原电位高、光催化反应驱动力大、光催化活性高等优点，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO₂表面得到实现和加速，加之TiO₂廉价、易得、无毒无害、成本低，故TiO₂的光催化成为多相光催化中最热门的研究领域之一。悬浮相型TiO₂比表面积大，反应活性好，然而，纳米TiO₂催化剂存在着易凝聚、易失活，对太阳光的利用率低、光量子效率低等不足，并且在水处理中，由于微粒细小存在分离回收困难。另外，空气和水中的污染物浓度非常低，一般都是mg/L或更低，光催化降解时污染物与TiO₂的接触活性点低，致使反应速率慢，降解效率不高。采用活性炭作纳米光催化剂的载体，则可以在一定程度上解决上述问题。但是，纳米型锐钛矿型TiO₂的禁带宽度能量小于3.2eV，光生电子-空穴的重组抑制了TiO₂光催化剂在水处理领域的实际应用，而且对于现实条件中的太阳光利用率极低，光催化降解污染物受到严重阻碍。在活性炭负载二氧化钛光催化剂的基础上掺银，实现对可见光的利用，则是一个较大的突破。

活性炭是具有发达的孔隙结构、较大的比表面积，是一类良好的吸附剂。活性炭用作光催化剂的载体，可快速吸附水中极低浓度的污染物，达到净化的目的，污染物的富集过程，为负载的催化剂提供了局部高浓度，有利于提高光催化降解反应速度。同时，通过扩散作用，被吸附的有机物向表面迁移，降解活性炭表面的有机物又使活性炭实现了再生，物理吸附作用和化学降解发挥协同作用，更有利于提高TiO₂的光催化活性。

TiO₂表明沉积银的方法很多，典型的有光催化还原法，银镜反应法，掺杂法和热解法。热解法制备的Ag光催化剂，具有操作简单，TiO₂表面Ag颗粒分布均匀，且不易脱落等特点，已成为载银光催化剂制备的一个重要方法。

目前，掺杂型TiO₂光催化剂的制备主要以有机钛盐为钛源，而有机钛源价格昂贵，难于实际应用。至今为止，还没有以偏钛酸为钛源，通过水热，浸渍热解和煅烧法来制备活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简便、环境友好、经济且可用于大规模生产的活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)对活性炭采用臭氧预处理，再经去离子水加热洗涤，冷却后清洗数次，烘干；

(2)冰水浴条件下，将偏钛酸与30wt％双氧水和25wt％氨水按重量比为1∶6∶2混合，搅拌1h，得到黄绿色的溶胶；

(3)将步骤(1)得到的处理后的活性炭加入步骤(2)得到的溶胶中，根据负载的二氧化钛与活性炭的比例为9％加入活性炭，搅拌12小时，然后将得到的混合物置于0.03mol/L的硝酸银溶液中浸渍12-24小时，333-373K温度下烘干，在惰性气体保护下煅烧处理，即得到产品。

步骤(1)中所述的活性炭在使用前粉碎过筛，控制其粒径为60-100目。

步骤(1)中所述的活性炭采用臭氧预处理，将活性炭置于臭氧发生器中，在室温下，处理0.5小时。

步骤(3)中所述的惰性气体为氮气。

步骤(3)中所述的锻烧处理的温度为300-800℃，锻烧时间为1-3h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明原料廉价，工艺简单，操作简便，制备条件温和，因此，易于推广和产业化；

(2)得到负载型光催化剂为颗粒状，降解有机污染物效果好，对可见光利用效率高，易于分离、再生和延长使用寿命；

(3)本发明原料为无机材料，不涉及有机溶剂，不产生对环境的危害，无污染环境的副产物产生，是一种环保型的符合可持续发展的工艺。

附图说明