[发明专利]一种能降解氮氧化物的碳纳米管负载型纳米光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能降解氮氧化物的碳纳米管负载型改性纳米光催化材料的制备方法。

背景技术

自从1972年Fujishima提出了半导体材料的“本多——藤本”效应以来，采用光催化技术降解常温下稳定的有害液体和气体的研究已成为科学界的研究热点，然而由于激发波长的限制以及光催化量子产生率和催化效率的低下，现有光催化材料的实际户外催化效果十分有限，必须进行光催化材料的改性处理。目前，在改性处理方面已有较多的研究，例如采用离子尤其是稀土金属元素掺杂改性、表面沉积Au、Pt、Ag等惰性贵金属，或采用色素等光敏剂涂覆光催化材料表面、采用多孔载体技术等等，期望达到减少光生电子和空穴之间的复合、提高可见光的激发率和光催化活性的效果。

本发明将纳米光催化材料的掺杂改性和有效载体技术结合起来，一方面对已有的纳米二氧化钛混晶进行银离子掺杂改性，达到提高可见光下的光催化效率的效果；另一方面，采用多壁纳米碳管作为有效载体，使得光催化材料能与氮氧化物充分接触和反应，同时大幅度减少光生电子和空穴之间的复合几率，从而达到显著提高光催化效率和长效性的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供能降解氮氧化物的碳纳米管负载型纳米光催化材料的制备方法。

本发明的能降解氮氧化物的碳纳米管负载型改性纳米光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米二氧化钛混晶置于水中超声分散20～30分钟，然后放入0.3～0.5mol/L的AgNO3溶液中，加入部分乙醇然后搅拌30～40min；

(2)置于紫外灯下继续搅拌90min，过滤后将滤渣放在400～450℃下煅烧2～3小时，得到改性的纳米二氧化钛混晶；

(3)将改性的纳米二氧化钛混晶与纳米碳管按重量比1∶0.01～0.015的比例混料2～4h，得到能降解氮氧化物的碳纳米管负载型改性纳米光催化材料的制备方法。

本发明中，所述的纳米二氧化钛混晶中锐钛矿型和金红石型分别占75％和25％；所述的纳米碳管的粒径为30～40nm、长度为1um左右的多壁碳纳米管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备工艺简单，制得的碳纳米管负载型改性纳米光催化材料由于经过银离子改性和纳米碳管负载，具备了更加优良的氮氧化物光催化效果，尤其是可见光下的效果得到明显改善，同时光催化效果的长效性也显著提高。对于纳米二氧化钛混晶这种最常用的纳米光催化材料，由于其价带宽度的限制使得激发波长位于紫外光区，可见光下的光催化效果很差，通过银离子掺杂后，激发波长发生红移使得可见光下的光催化效果得以提高；另外，由于碳纳米管的巨大比表面积易吸附改性纳米二氧化钛混晶和氮氧化物，有效避免了改性纳米二氧化钛混晶的团聚，也增大了改性纳米二氧化钛混晶和氮氧化物的接触几率，使得光催化效率得到进一步提升，同时碳纳米管的富余电子和良好导电性能也扩大了电子和空穴的移动速度差，从而降低了电子空穴对的湮灭几率，因此这种碳纳米管负载型改性纳米光催化材料具备十分优良的光催化功能。

具体实施方式

以下通过实例进一步对本发明进行描述。

实施例1

(1)将纳米二氧化钛混晶置于水中超声分散25分钟，然后放入0.3mol/L的AgNO3溶液中，加入部分乙醇然后搅拌30min；

(2)置于紫外灯下继续搅拌90min，过滤后将滤渣放在400℃下煅烧2小时，得到改性的纳米二氧化钛混晶；

(3)将改性的纳米二氧化钛混晶与纳米碳管按重量比1∶0.01的比例混料2h，得到能降解氮氧化物的碳纳米管负载型改性纳米光催化材料。

该材料能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.2、1.5、19和165μW/cm2)光催化氧化连续通过的浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到73.3％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到46.6％。

实施例2

(1)将纳米二氧化钛混晶置于水中超声分散30分钟，然后放入0.5mol/L的AgNO3溶液中，加入部分乙醇然后搅拌40min；

(2)置于紫外灯下继续搅拌90min，过滤后将滤渣放在450℃下煅烧4小时，得到改性的纳米二氧化钛混晶；

(3)将改性的纳米二氧化钛混晶与纳米碳管按重量比1∶0.01的比例混料2h，得到能降解氮氧化物的碳纳米管负载型改性纳米光催化材料。