[发明专利]一种固体纳米薄膜光催化剂

说明书

技术领域

本发明属水污染控制领域，涉及一种催化剂，具体是一种固体纳米薄膜光催化剂。

背景技术

随着社会城市化、工业化进程的加快，废水的产生和排放逐年增加，已严重威胁到我们的生活环境，再加上水资源的日益枯竭，水处理技术的开发和应用已逐渐引起重视，废水的处理和再利用可大大缓解水资源紧张的局势。

近年来，人们尝试使用光催化法处理废水中以往化学法和生物法难以降解的有机污染物，取得了一些成效。例如利用TiO₂在光作用下产生强氧化性的过氧自由基负离子O₂·^-和羟基自由基HO·，使有机污染物氧化分解并最终矿化为CO₂，H₂O以及SO₄^2-，NO₃^-，Cl^-等无机离子。用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备得到的TiO₂纳米薄膜光催化剂因其化学稳定性、价廉易得、无毒等优点而深受人们青睐，是目前最有可能用于光催化降解水体有机污染物的光催化剂，但TiO₂纳米薄膜仅吸收波长小于400nm的紫外光，在可见光范围没有响应，太阳光能的利用率比较低(小于5％)，因而制约了其在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种固体纳米薄膜光催化剂，利用活性成分PW₁₁Co【PW₁₁O₃₉Co(II)(H₂O)^5-】受光子激发发生荷移跃迁，导致与Co(II)配位的H₂O分子被氧化，生成强氧化性的HO·，从而将废水中一般氧化剂或微生物难以分解的有机污染物氧化分解。由于PW₁₁Co同时具备紫外和可见光催化活性，因而可大大提高太阳光能的利用率和水体有机污染物降解的速率，具有活性高、稳定性好、适用性广、可反复使用等优点。

在酸性条件下，钛酸四丁酯在乙醇水溶液中水解产生新鲜的TiO₂溶胶，TiO₂胶核表面荷正电，加入荷负电的PW₁₁Co【PW₁₁O₃₉Co(II)(H₂O)^5-】后，由于静电相互作用，TiO₂胶核表面吸附PW₁₁Co形成PW₁₁Co/TiO₂胶体，陈化后，PW₁₁Co/TiO₂胶体凝结为凝胶，将该凝胶均匀涂覆在基体表面，焙烧即可得到PW₁₁Co/TiO₂纳米薄膜光催化剂，其活性成分PW₁₁Co【PW₁₁O₃₉Co(II)(H₂O)^5-】在紫外光、可见光区均有吸收(图1)。光照时，PW₁₁Co受激，发生HOMO(O_d)→LUMO【紫外光激发】荷移跃迁或HOMO(O_d)→d _Co(II)【可见光激发，波长400～660nm】荷移跃迁，导致与Co(II)配位的H₂O分子被氧化，Co(II)被还原。还原态的Co(I)不稳定，迅速将溶液中溶解的分子氧(O₂)还原为HOO·、H₂O₂乃至羟基自由基HO·，Co(I)则被氧化恢复为Co(II)而构成光催化循环。HO·具有很强的氧化性，可以氧化分解许多一般氧化剂或微生物难以分解的有机物。

本发明所采用的技术方案：