[发明专利]炻器载体上钕/氮共掺杂TiO2可见光响应催化膜及制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂光催化膜及制备方法，尤其是炻器载体上钕/氮共掺杂TiO₂可见光响应催化膜的制备方法。

技术背景

自四十年前发现TiO₂的光催化性能以来，人们对它在光催化降解有机物、抗菌和自清洁材料合成等方面做了大量研究。TiO₂化学性质稳定、无毒、价廉、反应条件温和、净化对象广谱、不产生二次污，被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术。但是，采用TiO₂作为光催化剂处理废水至今仍停留在实验室阶段，尚未进入实际应用的主要原因是：①纯TiO₂只能在波长小于387nm的紫外光下才有光催化活性（这部分光仅占到达地球表面太阳光的4%），而占40%以上波长为400～800nm的可见光却不能被利用；②光催化效率低；③粉末态TiO₂使用过程中难回收。为了提高TiO₂的光催化效率和对可见光的利用率，解决粉末态TiO₂使用过程中难回收的难题，有关的专利比较多：

CN101074113公开了一种非金属掺杂纳米TiO₂的制备方法，以Ti的非金属化合物为前驱体，与酸、水混合进行水热合成反应，水热合成反应经洗涤、干燥、研磨得到非金属掺杂的纳米TiO₂催化剂，所述的水热合成反应温度为110～300℃，反应时间为1h～60h。本发明方法制备非金属掺杂纳米 TiO₂在降解苯的过程中，无二次污染物生成，均生成了水和二氧化碳，在湿度，氧气浓度等条件相同的条件下，其光催化降解效果是商业P25的 1.1～4.2倍，在连续8～48h的使用过程中光催化效果始终保持稳定，未发现失活现象。

 CN101696032A公开了一种铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体的制备方法。该方法是将钛源和沉淀剂按1∶2比例混合溶于去离子水中制成混合溶液，经带聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行水热合成反应，温度为100℃～200℃，压力为0.1Mpa～20MPa，搅拌速度100～1000转／min，保温时间为1～24h，经过水洗、醇洗至中性，最后经过干燥，得到锐钛矿型氮铬复合掺杂纳米二氧化铁粉体；利用本制备方法得到的铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体的比表面积大，光催化活性和光催化效率显著提高，同时本发明还具有成本低、工艺简单等优点。 

 CN101884938A公开了一种制备氮掺杂TiO₂光催化薄膜的方法。该方法首先采用离子渗氮工艺对金属钛或钛合金表面进行渗氮处理，之后再采用微弧氧化技术在渗氮后的金属钛或钛合金基体上原位生长TiO₂薄膜。该发明应用于光催化净化领域，与未氮掺杂TiO₂薄膜相比，对紫外光和可见光的吸收效率明显提高，光生电流强度明显增强，降解有机污染的降解效率显著提高。

    另外，有关掺杂改性TiO₂的报道也比较多：

《应用化工》2010年39卷第9期报道了TiO2光催化剂掺杂改性的研究新进展。该文通过介绍金属与非金属的单掺、共掺对其光催化活性的影响, 综述了近年来TiO₂光催化剂在掺杂改性方面的研究进展，指出TiO₂光催化剂在改性过程中亟待解决的问题及其在实际应用中的发展。

《硅酸盐学报》2010年38卷第3期报道了氮掺杂二氧化钛光催化剂的研究进展，指出拓宽二氧化钛的光谱响应范围，实现可见光激发，是二氧化钛基光催化材料面临的主要问题。氮掺杂二氧化钛具有良好的可见光催化活性，是具有可见光响应的二氧化钛基光催化材料的典型代表，近十年来受到了广泛关注。该文综述了氮掺杂二氧化钛可见光响应机理和提高光催化活性方面的研究进展，提出今后值得关注与研究的方向。

《广州化工》2008年36卷第6期报道了掺杂稀土Nd的TiO2光催化法处理印染废水研究，提出以Ti(OBu)₄、Nd₂O₃为原料,采用溶胶凝胶法,制备出纳米Nd₂O₃/TiO₂光催化剂用于处理还原红染料溶液。讨论了Nd离子的掺杂量、催化剂用量、pH值以及光照时间等因素对降解率的影响，实验结果表明,掺杂了Nd的TiO₂光催化剂对还原红降解率较高.