[发明专利]可见光响应的苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明技术属于光催化材料制备领域，特别提出了一种对可见光有响应的有机颜料/TiO₂复合光催化剂的制备方法，即苯并咪唑酮黄H3G/TiO₂复合光催化剂及制备方法。

背景技术

近年来，以纳米TiO₂为催化剂的多相光催化技术在治理环境领域的有机物污染问题方面日益受到人们的重视。纳米TiO₂光催化氧化降解有机物的效率高，在常温常压下就可以进行，且能耗低，反应条件温和，反应速度快，降解一般没有选择性，反应最终产物为CO₂、H₂O和无害盐类，不会造成二次污染，是清洁的环境净化工艺。因此，纳米TiO₂光催化剂在环境治理方面具有较好的发展前景。但是，TiO₂的禁带宽度为3.2eV，对应的激发波长在387nm，属于紫外光区。而紫外光在太阳能中不足5％，从利用太阳能的角度出发，最经济的光催化剂应该是能利用太阳光中的可见光部分。因此缩小催化剂的禁带宽度使吸收光谱向可见光扩展是提高太阳能利用率的关键，成为目前TiO₂光催化的热点问题。

目前，TiO₂的可见光化研究取得了一定进展，采用掺杂过渡金属、表面光敏化、表面螯合及衍生、贵金属沉积、复合半导体和添加电子捕获剂等方法对TiO₂光催化剂进行改性，都不同程度地实现了TiO₂可见光催化，提高了太阳光的利用率。染料敏化可以有效地拓宽TiO₂的吸收光谱，主要的机理为染料被激发后将电子迅速转移到TiO₂导带上，TiO₂则作为收集和传导电子的载体。染料由于其本身具有溶于水的特性，所以敏化催化剂的稳定性和重复使用性能受到限制。因此，寻找稳定且不溶于水和常见有机溶剂的光敏剂具有重要的现实意义。颜料与染料一样具有可见光吸收特性，另外颜料常常是不溶于水和常见的有机溶剂，而且，某些高档有机颜料耐光性能很好，常用于户外的建筑涂料或汽车涂料中，所以利用一些特定的有机颜料敏化制备可见光催化材料具有潜在的应用价值。

有机颜料苯并咪唑酮黄H3G(国际索引号为C.I.Pigment Yellow 154)具有优异的耐光牢度与耐气候牢度、良好的耐溶剂性与耐热稳定性，主要应用于金属装饰漆及汽车涂料，亦可用于软质及硬质PVC塑料等户外产品着色。

本发明利用化学吸附的方法将苯并咪唑酮黄H3G吸附到TiO₂表面，制备了具有很好的化学和物理稳定性能的可见光响应的催化材料(苯并咪唑酮黄H3G/TiO₂)。以下有时简称为BYH3G/TiO₂。

发明内容

为提高TiO₂光催化剂的可见光吸收性能和使用寿命，制备具有良好化学、物理和光稳定性能的可见光响应的光催化材料。

本发明的一种苯并咪唑酮黄H3G/TiO₂复合光催化剂，可见光吸收区域为400～600nm；苯并咪唑酮黄H3G与TiO₂复合配比质量分数为为0.05～0.2∶1；TiO₂为锐钛矿晶型。

一种通过水热合成法负载制备苯并咪唑酮黄H3G/TiO₂可见光响应复合光催化材料的方法。基本操作过程为：将有机颜料苯并咪唑酮黄H3G、TiO₂、促进剂斯潘80、N，N-二甲基甲酰胺加入密闭高压釜中，加热升温，恒定温度为180-210℃。负载结束后冷却至室温，过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤。将所得浅黄色固体置于真空干燥箱100-150℃干燥，之后得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO₂复合光催化材料。上述制备苯并咪唑酮黄H3G/TiO₂光催化剂的方法在本发明中简称水热负载法。

原料的质量份数配比为：

苯并咪唑酮黄H3G与TiO₂配比为0.05～0.2∶1

促进剂斯潘80与TiO₂的配比为0.003～0.02∶1

N，N-二甲基甲酰胺与TiO₂的配比为6～12∶1

水热负载温度为180～210℃；

水热负载时间为2～6小时。