[发明专利]一种活性炭负载氧化亚铜光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭负载型光催化剂及其制备方法，该催化剂适用于染料等废水处理和室内污染空气的净化方法。

背景技术

我国是染料生产和消费的第一大国，染料及印染废水污染量大而且面广。染料及印染废水具有水量大、色度高、化学成分复杂、难生化降解等特点，是治理难度较大的产业废水之一。BOD、COD、有机有毒物质和色度等是这类废水中的主要污染物，这些污染物如果未经处理或处理不当随废水排放，将对水体产生严重污染。通常，染料及印染废水一般采用过滤、混凝、沉淀为主的物化法，由于这类废水含有大量的难以生物降解的芳香族有机物、杂环及多环化合物，且含量较高，目前国内外对此类废水的处理都没有理想的处理方法。光催化氧化法降解染料废水是最近发展起来的热门技术。光催化氧化技术利用紫外光或可见光辐照具有光催化活性的半导体光催化剂，多属半导体金属氧化物、硫化物或复合氧化物等。如二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）、硫化锌（ZnS）、三氧化钨（WO₃）、硫化镉（CdS）、三氧化二铋（Bi₂O₃）等，半导体的晶粒内含有能带结构，其能带通常由一个充满电子的低能价带（Valent band，VB）和一个空的高能导带（Conduct band，CV）构成，价带和导带之间由禁带分开，该区域的大小称为禁带宽度，其能差为带隙能，半导体的带隙能一般为0. 2 ～3. 0 eV。当用能量等于或大于带隙能的光照射催化剂时，价带上的电子被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴，即光生电子/空穴对（e^-/h⁺）。在导带上的光生电子具有较强的还原能力，而在价带上的光生空穴具有很强的氧化性。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂内部或表面也可能直接复合。在光照条件下，半导体上的光催化过程可以分为四步完成：通过光的吸收电子/空穴分离；反应物的吸附；氧化还原反应；产物脱附。在此过程中，由于紫外光激发半导体产生的光生空穴及其迁移到半导体表面被水或羟基俘获后形成羟基自由基具有很强的氧化能力，可以氧化绝大多数有机污染物并使之完全矿化为CO₂，如染料、酚类物质、烯烃、醛类、多氯联苯、表面活性剂等各类有机污染物。

目前，采用最多的半导体光催化剂为TiO₂。二氧化钛具有高的比表面积、高密度、表面缺陷、以及高的表面能等物理特点、并且无毒、稳定、催化活性高、反应速度快等化学性质，同时又对有机污染物降解的选择性低且能使有机物彻底矿化降解，不造成二次污染等优点，在实际生产生活应用中得到广泛的应用。但由于TiO₂的带隙较宽( Eg = 3.2 eV)，只能被紫外光激发(λ< 387 nm)，而太阳光中紫外光仅占太阳光总能量的3～4 %，极大地限制了其研究和应用。若采用人工紫外光源, 则需要昂贵的设备，因而改善TiO₂光催化剂的可见光响应或开发各类可见光响应光催化剂具有特别重要的意义和广阔应用前景，并同时能衍生出许多新兴产业。主要的方法有：1)采用过渡金属离子掺杂TiO₂制备可见光催化剂；2）通过过渡金属和非金属元素共掺杂；3)通过非金属元素填隙和置换掺杂TiO₂来实现可见光催化作用被认为是一关键性进展。然而与l)法一样，获得的光催化剂在可见光下的活性远远低于商业化的Degussa P25在紫外光下的活性，而且其所用光源仍有明显的紫外光，并在紫外光下的活性二者接近；4)利用染料敏化TiO₂实现可见光催化作用。这方面科学家作了大量细致的工作，取得了在可见光激发下染料污染物降解的重要进展。