[发明专利]活性碳纤维负载掺钙二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化材料及其制备方法，具体地说涉及一种用于处理水中有机污染物的二氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术

随着经济的发展，环境污染越来越严重，由于现代工业都向周围水体排放含有大量有机污染物的废水，许多有机污染物含有对生物呈强抑制作用的苯环，难以生物降解，从而使可利用的水资源越来越少。

目前处理水中生物难降解的有机污染物的方法中使用较多的是光催化氧化法。光催化氧化法是一种直接有效的处理方法，越来越受到人们的重视，尤其是利用二氧化钛TiO₂半导体粉末作为光催化剂的催化氧化新工艺已成为研究的热点。TiO₂光催化氧化技术克服了许多传统方法的不足，且具有很多的优点：首先，它可以将水中所含的多种有机污染物完全降解为CO₂、H₂O等；其次，TiO₂本身是无毒的，并且廉价性能稳定；另外，它不需要另外的电子受体，如H₂O₂；最后，TiO₂光催化氧化技术的操作条件容易控制且氧化能力很强。

但是有两种主要因素限制了二氧化钛光催化的应用：一是纳米TiO₂颗粒较小，使用时极易流失，难以分离回收，并且在处理低浓度有机污染物时因TiO₂颗粒周围有机污染物浓度较低而光催化效率低等缺点；二是：由于光生电子-空穴容易发生复合，所以催化效率低。

为了解决纳米TiO₂的回收问题，一般都将它负载在一定的载体上。以往技术中，已经采用的负载载体材料有金属丝网、金属泡沫丝网或无机矿物质等，由于这些载体材料的比表面积较小，催化反应的效率不高。活性碳纤维(简称ACF)具有较高的比表面积，成为纳米TiO₂负载的理想载体。纳米TiO₂负载在活性碳纤维表面之后两者具有协同效应：活性碳纤维的大比表面积的吸附作用可以富集污染物，使TiO₂颗粒表面形成相对高的污染物浓度，有利于光催化降解污染物。如专利文献CN1943850A将这种负载型光催化网用于造纸废水的色度处理中。专利文献CN100998934A主要将这种负载型光催化网用于液相苯酚污染物的降解。专利文献CN1943851A是将活性碳纤维负载纳米TiO₂光催化网应用于废水中化学需氧量(COD)的处理。专利文献CN1973997A是将活性碳纤维负载纳米TiO₂光催化网应用于亚甲基蓝液相污染的处理中。上述的负载方法还存在纳米TiO₂颗粒的负载强度、负载均匀性和稳定性不够的问题。为了改进负载强度，专利文献CN101579622A提出了活性碳纤维预处理后负载的方法。

近年来，为提高TiO₂光催化效率，制备金属掺杂的纳米TiO₂光催化剂倍受重视。如专利文献CN1010209413A提出在纳米二氧化钛中掺杂铜、镍、钒、铁等过渡金属元素；专利文献CN1820842A提出掺杂纳米二氧化钛降解有机污染物催化剂；专利文献CN101045203A提出一种铈掺杂二氧化钛/硅胶复合光催化剂及其制备方法；专利文献CN101015792公开了银修饰的二氧化钛多孔微管光催化剂及其制造方法。M.R.Hoffmann教授等(Combinatorial doping of TiO₂ with platinum(Pt)，chromium(Cr)，vanadium(V)，andnickel(Ni)to achieve enhanced photocatalytic activity with visible light irradiation，J.Mater.Res.，25(2010)，149-158)在TiO₂中分别掺杂多种金属离子，研究其紫外光催化活性。H.Kisch等(Photocatalytic and photoelectrochemical properties of titania chloroplatinate(IV)，Chem.Rev.，230(2002)，41-47.)制备了Pt离子掺杂的高活性TiO₂光催化剂。