[发明专利]改性TiO2光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性TiO₂光催化剂的制备方法。

背景技术

在一定条件下，TiO₂光催化剂具有很强的氧化能力，可对有毒有机物实现降解；并且无毒、无害、无腐蚀性，是一种极具广阔应用前景的绿色环境治理技术。但是TiO₂在光催化降解有机物中也存在量子效率低，太阳能利用率低的问题，仅能吸收利用太阳光中波长小于380mn的紫外光。这些问题限制了其实际应用。

为了提高TiO₂的光量子效率以及回收问题，最近几年，众多的研究人员开始致力于研究多孔氧化钛，通过将TiO₂光催化剂制成多孔状，增大比表面积，来达到提高其光催化活性的目的。溶胶-凝胶法合成多孔TiO₂，是利用所谓模板生长机制，以不同类型的模板剂，如表面活性剂，所形成的超分子自聚体为模板，通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面定向引导作用下自组装成多孔材料。溶胶经蒸发干燥转变为干凝胶，最后采用萃取或焙烧的方法脱除模板，从而形成具有大比表面积的多孔TiO₂。

同时，由于TiO₂禁带宽度为3.2eV，其吸收波长的阈值为387nm，只在紫外光下有响应，而太阳光中紫外光不到5％，导致太阳光的利用率较低。为了更有效的利用太阳光，解决TiO₂在可见光下不响应的问题，研究者发现，Fe₃O₄的引入使得催化剂吸收边发生红移。这样既有效的实现了资源的再利用，提高了太阳光利用率，又保护了环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性TiO₂光催化剂的制备方法，通过将聚苯乙烯(PS)作为模板剂，高温下分解，在原来的位置产生孔道结构，从而提高催化剂的比表面积，进而改善其光催化活性；通过引入Fe₃O₄，使催化剂的吸收边发生红移，提高了催化剂在太阳光下的催化性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种改性TiO₂光催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)聚苯乙烯乳液的制备：将0.4g一次性快餐盒废旧泡沫塑料溶于装有25mL丙酮的烧杯中，待溶解后过滤，形成聚苯乙烯乳液，静置备用；

(2)Fe₃O₄颗粒的制备：称取FeSO₄·7H₂O 3.475g和Fe₂(SO₄)₃·9H₂O5.62g，溶于装有250mL去离子水的烧杯中，机械搅拌并升温至55℃左右，滴加2mol/L的NaOH溶液得到黑色沉淀物，将混合液的pH值调至10～12，将混合液再升温至60℃～70℃，继续恒温搅拌6h左右，利用永磁体进行磁力沉降，将得到的沉淀物多次水洗，烘干待用；

(3)溶胶-凝胶法制备PS改性TiO₂：以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，取体积比为1∶1的钛酸丁酯和无水乙醇置于梨形漏斗中，充分混合，形成A溶液备用；

将步骤(1)中得到的聚苯乙烯乳液以及体积为5∶1∶1的无水乙醇、冰醋酸和蒸馏水，共同置于500mL烧杯中，将混合液混合均匀，形成B溶液，其中无水乙醇与步骤(2)中的无水乙醇体积比为1∶1；再将A溶液缓慢滴加到B溶液中，充分搅拌得到复合溶胶，继续搅拌直至形成凝胶，凝胶陈化时间为6h以上，在110℃温度下烘12h以上，形成黄色晶体颗粒，在350℃～650℃下，置在马弗炉中烧结，烧结0.5h～5h，取出后研磨、粉碎、过筛即得PS改性TiO₂催化剂；

(4)制备功能性TiO₂：将步骤(2)中制备的Fe₃O₄粉体按照摩尔比为：Fe∶Ti＝1％～7％的量加入步骤(3)得到的B溶液中，形成C混合液；

再将步骤(3)中得到的A溶液缓慢滴加到C混合液中，充分搅拌得到复合溶胶，继续搅拌直至形成凝胶，凝胶陈化时间为6h以上，在110℃温度下烘12h以上，形成深褐色晶体颗粒，在350℃～650℃下，置在马弗炉中烧结，烧结0.5h～5h，取出后研磨、粉碎、过筛即得功能性TiO₂催化剂。