[发明专利]超临界二氧化碳法制备稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及装置，特别是一种超临界二氧化碳法制备稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法及装置。 

背景技术

近年来，我们在享受经济高速增长的同时，也正面临着中国历史上规模最大、涉及面最广、后果最严重的能源短缺和环境污染问题。对伴随而来的废弃物、排放物的处理和循环再生，减少资源的消耗和环境污染，越来越受到大家的重视。近年来发展起来的以半导体金属氧化物为催化剂的光催化技术，为我们提供了一种理想的能源利用和治理环境污染的方法，尤其它可以利用取之不尽、用之不竭的太阳能处理有毒有害物质，改善环境，达到资源利用生态化的目的。 

目前广泛研究及应用的半导体光催化剂大多数都属于宽禁带的n型半导体化合物，其中TiO₂光催化材料最有潜力，它的优点是：光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性好，化学性质稳定，对生物无毒性；来源丰富，世界年消费量为500万吨左右；能隙较大，产生光生电子和空穴的电势电位高，有很强的氧化性和还原性。但与此同时，单纯TiO₂半导体作为光催化剂时，由于量子效率较低，其光催化活性有限，尤其对太阳能较长波段利用率低下。为了提高TiO₂的光催化性能，研究者们采用各种方法，包括贵金属负载二氧化钛、制备复合半导体、非金属掺杂和金属掺杂等。在专利：镧系稀土离子掺杂TiO₂球形光催化剂的制备方法(专利申请号：200310112184.2)、专利：用于自然光降解有机物的TiO₂基光催化剂及其制备方法(专利申请号：200410041039.4)、专利：稀土改性碳纳米管-TiO₂光催化剂的制备方法(专利申请号：200910054603.9)和专利：一种稀土掺杂二氧化钛纳米发光材料及其制备方法(专利申请号：200610135394.7)中，研究者们用液相法分别通过沉积、复合或掺杂的方式将稀土元素融入TiO₂体系中以求提高其光催化或其他性能，均得到了不同的效果。但纵观他们的制备条件，都是采用传统的水热法、溶胶-凝胶法或沉淀法等，液体溶剂反应环境对其所得TiO₂的晶型、晶粒尺寸及稀土元素的掺杂度都有所限制，光催化性能亦不能得到更好的突破。 

超临界(Supecritical，SC-CO₂)二氧化碳作为“绿色化学”的清洁溶剂正在逐步取代一些常规的、对环境有危害的有机溶剂，在萃取分离、分析技术、食品工业、中药材提取、生物材料、环境保护等许多方面都得到应用，具有广泛的前景。SC-CO₂容易达到临界条件(Tc=31℃，Pc=7.2MPa)，且具有高扩散性、低粘度、密度可调(进而溶解度可调)、极性小，不易引起微粒的化学团聚及制备的产品纯度高等优点，最能显示超临界流体技术在超细粉体制备方面的优势。国内多有研究者用超临界CO₂干燥技术(参考文献：周亚松，范小虎，“纳米TiO2-SiO2复合氧化物的制备与性质”高等学校化学学报，2003，24(7)，1266-1270；贾继宁，孙勤，程榕，杨阿三，郑燕萍，刘体锋，“氧化物气凝胶催化剂的超临界CO₂干燥法制备及其应用”现代化工，2006，26(S1)，316-320)去除凝胶中的液相，通过有效地消除引起胶体粒子团聚的表面张力，在保持湿凝胶原有结构的情况下实现液相的脱除来制得低团聚高纯超细微粒。 

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种超临界CO₂法制备稀土掺杂二氧化钛光催化性能的方法。 

本发明的目的之二在于提供使用该方法的装置。 

一种超临界二氧化碳法制备稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤为： 

a..将钛醇盐、无水乙醇和稀土元素硝酸盐水合物以1:1~50:0.002~0.05的摩尔比混合，得到混合均匀的溶液，并加入到反应釜中，搅拌下将反应釜温度升至110℃~150℃；然后将高纯CO₂泵入该反应釜中，使反应釜的压力达到80bar~500bar；

b.将去离子水加入到去离子水溶解釜中，并升温至110℃~150℃；将高纯CO₂泵入该去离子水溶解釜中，并使所述的去离子水溶解釜与步骤a的反应釜的压强差保持在10~30bar；