[发明专利]TiO2微球与g-C3N4的复合可见光催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及可见光催化材料技术领域，特别涉及一种TiO₂微球与g-C₃N₄的复合可见光催化剂及制备方法和应用。

背景技术

水体中大量累积的有机污染物以及病原微生物一直是导致人类大量感染疾病的罪魁祸首。为了确保人类饮用水的健康安全，传统的处理方法是向饮用水中加入大量的氯气或臭氧达到消毒氧化的目的，但是这一方法容易产生有毒副产物。而近年发展起来的高级氧化技术如光催化技术尤其是二氧化钛光催化技术被认为是水处理消毒中最有前景的新技术之一。光催化技术是半导体材料在光催化的条件下产生具有很强的氧化能力的活性氧物种，能无选择性地降解水中的有机污染物以及杀灭水体中的微生物，是一种低成本的环境友好型的水处理和消毒技术。但是由于二氧化钛（TiO₂）带隙较宽（3.2eV），仅能接受波长小于387nm的紫外光激发产生光生电子与空穴，从而对太阳光利用效率较低，因此造成能耗较大，光量子效率低。为解决紫外光催化能耗相对较大等问题，需要对其催化剂进行改性，提高其对可见光的利用效率，降低在使用过程中的能耗。C-N材料因其独特的力学电学等性能，是C材料在各个领域应用中最有潜力的候选者之一，它存在多种异构体，石墨相-C₃N₄(g-C₃N₄)是其在环境中最稳定的同素异形体，目前已有相关文献报道其合成和来源。最近，人们通过各种普通的有机单体热聚合合成g-C₃N₄材料，并发现它具有较高的化学稳定性、不错的吸电子结构和可见光响应活性，是一种很好的有机半导体，并且其在可见光的驱动下进行光解水制氢、光合作用以及染料分子的光催化降解等方面已经取得了一定的应用效果，然而其应用中存在的最关键问题是其活性比较低。因此，寻求制备高活性、低成本的g-C₃N₄相关材料具有很好的挑战性。而通过简单的水热合成法制备TiO₂微球与g-C₃N₄复合可见光催化材料以及将其应用于有机物降解及杀菌方面迄今还未见相关报道。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种TiO₂微球与g-C₃N₄的复合可见光催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述方法制备得到的TiO₂微球与g-C₃N₄的复合可见光催化剂。该复合可见光催化剂克服了单一的TiO₂只在紫外光激发下才具有光催化活性以及单一的g-C₃N₄活性较低等缺点，因此具有较高的可见光催化活性。

本发明的再一目的在于克服了所述的TiO₂微球与g-C₃N₄的复合可见光催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种TiO₂微球与g-C₃N₄的复合可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）清洗干净的钛片置于三聚氰胺和氟化铵混合水溶液中进行水热反应；其中三聚氰胺和氟化铵混合水溶液中三聚氰胺和氟化铵按质量比（1～2）：（0.2～1）配比；

（2）待步骤（1）的反应溶液冷却后，收集反应溶液中的沉淀物，洗涤沉淀物，烘干，煅烧，得TiO₂微球与g-C₃N₄的复合可见光催化剂；

步骤（1）中所述的清洗干净的钛片优选通过如下方法制备得到：将钛片依次在丙酮、异丙醇和乙醇中超声清洗，烘干，得到清洗干净的钛片；清洗干净的钛片不挂水珠；

所述的钛片的长度优选为5～100mm，宽度优选为5～100mm，厚度优选为0.05～0.5mm；

步骤（1）中所述的三聚氰胺和氟化铵混合水溶液采用以下方法制备得到：将三聚氰胺和氟化铵加入水中，超声，即得；

所述的超声的时间优选为30min；

步骤（1）中所述的水热反应的条件优选为于150℃反应24～120h；

步骤（2）中所述的洗涤沉淀物采用以下方法洗涤：用水反复离心洗涤沉淀物，直至洗液的pH值为6～7；