[发明专利]一种在太阳光下具有光催化活性的二氧化钛复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化化工技术领域，具体涉及一种在低温条件下用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚修饰二氧化钛的制备方法及用做染料在可见光条件下降解的研究。

背景技术

半导体二氧化钛在治理空气污染和水质净化方面具有广阔的应用前景。然而，由于TiO₂是宽禁带半导体，只有光子以能量大于或等于其带隙能(3.2eV)的紫外光的激发才能显示催化活性，然而太阳光中的紫外光能量仅占4％，而可见光占43％。传统的以人工紫外光作为光源光催化降解染料废水，成本昂贵。因此，寻求廉价，环境友好并具有可见光光催化活性的材料，利用太阳光来降解污染物将是光催化发展走向实用化的必然趋势。

目前通过离子掺杂、复合半导体、离子注入，染料光敏化等手段适当缩小TiO₂禁带宽度或形成多级禁带来实现充分利用太阳光来降解污染物。研究表明，Fe³⁺，Mo³⁺，Ru³⁺，Os³⁺，Re³⁺，V⁴⁺和Rh³⁺的掺杂大大地增加了氧化和还原的光反应活性；掺杂Co³⁺和Al³⁺等某种程度上会降低反应活性；而具有饱和电子构型(Li⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Ga³⁺，Zr⁴⁺，Nb⁵⁺，Sn⁴⁺，Sb⁵⁺和Ta⁵⁺)的掺杂剂对光反应活性几乎无影响。目前以N^3-、C^4-、F^-、S^2-、P^3-等阴离子掺杂光催化剂的研究都已见于报道，以N掺杂和C掺杂效果最好，它可以在不降低紫外光吸收的基础上扩大TiO₂的光响应范围。TiO₂与其他n型半导体化合物，如ZnO、SnO₂、SiO₂、Fe₂O₃等，制备成复合半导体也能扩大其光响应范围，但可见光效应不明显。染料共敏化是一种有效拓宽半导体吸收光谱范围的表面改性技术。共敏化改性的TiO₂可以有效的吸收可见光，抑制电子-空穴的复合，提高了其在可见光条件下的光催化性能。

最近的研究发现有机物的化学修饰对二氧化钛的在可见光照射下光催化性能有很大的提高。研究表明苯酚类化合物可以在二氧化钛表面形成复合物，这种复合物催化剂具有可见光吸收效果。但是，目前对于偶氮酚类修饰二氧化钛，进而应用其在太阳光下降解有机污染物领域没有研究。

发明内容

本发明的目的在于提出一种方法简单，节能环保的制备具有太阳光光活性的1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚修饰二氧化钛的方法，其过程包括以下步骤：

将1-(吡啶偶氮)-2-萘酚溶于乙醇中，在搅拌的条件下缓慢加入钛酸正四丁酯，继续搅拌，缓慢滴加蒸馏水，然后用稀硝酸或者氢氧化钠调节pH值为6～8，继续搅拌1～2个小时。然后在60～90℃下回流6～9小时，停止反应，过滤粉体，再分别用无水乙醇和蒸馏水清洗多次。最后将粉体在80℃～100℃下烘干，研磨。由此制备得1-(吡啶偶氮)-2-萘酚修饰的TiO₂粉体。

步骤中所述钛酸丁酯为钛酸正丁酯或钛酸异丁酯，乙醇为无水乙醇。

步骤中所述1-(吡啶偶氮)-2-萘酚先溶解在一定量的无水乙醇中，与钛源混合后溶液中1-(吡啶偶氮)-2-萘酚和钛的摩尔比为0.1～0.4。

一种可见光响应的化学修饰的二氧化钛光催化降解染料污染物的方法：将上述本发明制备的催化剂加入模拟的染料污染物溶液中，在黑暗的环境中搅拌1～2小时，而后光照降解。

所述的染料污染物溶液为刚果红或甲基橙溶液。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明制得的光催化剂在低温条件下通过1-(吡啶偶氮)-2-萘酚对二氧化钛进行复合改性，利用1-(吡啶偶氮)-2-萘酚的共轭不饱和结构能对可见光的吸收作用对可见光响应范围的拓宽作用，使其在400～600nm都有明显的吸收，且吸收强度明显高于纯的二氧化钛。实验表明，由该发明方法制备的二氧化钛具有高效的太阳光光催化性能。