[发明专利]氮掺杂的氧缺位型TiO2催化剂降解亚甲基蓝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化氧化降解技术，具体地说，涉及氮掺杂的氧缺位型TiO₂催化剂降解亚甲基蓝的方法。

背景技术

水是人类赖以生存的重要的资源。但人类在生产和生活过程中，会产生大量的有机废水。这些废水必须采用各种方法加以处理。目前国内外处理有机废水的方法很多，主要有物理吸附法、化学氧化法和生物降解法等，各种方法都有自身的优缺点。其中光催化氧化法属于化学氧化法的一种类型，是近年来发展起来的一种新型技术。纳米TiO₂是常用的一种光催化剂。研究者通过加入不同的金属离子对其催化性能改性，通过采用不同的方法制备具有不同表面积或聚集形态的催化剂。

CN1724146公开了一种可在太阳光照射下催化氧化降解有机物负载型纳米复合光催化剂的制备方法；CN1696228公开了一种氮掺杂纳米二氧化钛改性光催化涂料及其制备方法；CN 101596457公开了一种硼和其它元素共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂及制备方法；CN 1618518公开了一种用纳米碳管为载体的、以ZnO和TiO₂为主要活性成分的光催化剂的制备方法。

上述专利所报道的制备方法较复杂，原料成分多，价格比较贵；反应的模拟废水浓度普遍不高，与实际情况相差较大；反应效果特别是在太阳光源下的催化效果不是很理想。以二氧化钛为催化剂光催化氧化降解有机废水的主要原理是二氧化钛吸收紫外光，生成电子-空穴对。水与电子-空穴对作用生成氧化性很强的羟基自由基，从而将有机废物完全氧化。电子-空穴对的维持时间是关键的技术问题。目前以二氧化钛为主要活性成分的催化剂效果较佳，如果在催化剂制备过程使二氧化钛中产生氧缺位结构，电子重新回到空穴中的时间增长，就能使催化剂的作用效果大大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的缺点，提供一种氮掺杂的氧缺位型TiO₂催化剂降解亚甲基蓝的方法。

为解决技术问题，本发明的方案是：

提供一种氮掺杂的氧缺位型TiO₂催化剂降解亚甲基蓝的方法，包括步骤：

将氮掺杂的氧缺位型TiO₂催化剂加入质量浓度为16 mg·l^-1的亚甲基蓝溶液中，在遮光的条件下搅拌0.5 h；然后以90 mW/cm²的可见光源照射0.25～6 h即可；催化剂在反应体系中的质量浓度为0.1～2.5g/l，反应温度为室温；

所述氮掺杂的氧缺位型TiO₂催化剂是通过以下步骤制备得到的：

（1）将10 g氯化铵溶于100ml蒸馏水中，得到氯化铵溶液；取8ml TiC1₄，在剧烈搅拌下逐滴加入氯化铵溶液中；用NaOH调节pH值至4.5～9.5后搅拌1～8h，静置陈化4～48h，过滤、水洗至用AgNO₃溶液检验没有Cl^-存在；

（2）将过滤获得的固形物于60～170℃干燥、研磨，再放入石英管中，在氮气气氛下250℃干燥2 h后，继续于300～700℃下焙烧0.5～12 h，即得所需的催化剂。

用NaOH调节pH值优选为5～6。如果pH值太低，TiO₂形成胶体，无法析出；当pH值太高时，TiO₂析出太快，很容易包裹较多的其他离子，从而很难净化。

用NaOH调节pH值后的搅拌时间优选为3～6 h，静置陈化时间优选为6～18 h，可以使包裹的杂离子析出并过滤掉。

催化剂在氮气保护下的最佳焙烧温度为500～700℃。温度过高会使催化剂烧结，表面积减少，而当温度不够时，不足以使TiO₂分解形成氧缺位结构。

催化剂使用量优选为0.25～1.5 g/l。催化剂的量较少，活性较低；但当催化剂的用量较大时，催化剂自身会遮挡光线的透过，从而大多数催化剂无法接收到光线的照射，催化效果也会下降。