[发明专利]一种降解甲醛的五氧化二钒复合二氧化钛的光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉以泡沫镍为负载基底，V₂O₅复合二氧化钛P25光催化材料的制备方法，以及对甲醛的降解能力。 

背景技术

光催化氧化法因其技术操作简单、条件温和以及低能耗、不产生二次污染等突出特点成为最具应用前景的空气净化技术，其中纳米TiO₂ 半导体以其良好的化学稳定性、耐腐蚀、高活性、廉价、无毒、无二次污染等优点成为众多光催化剂中的研究热点。但TiO₂的带隙较宽，仅能吸收利少量紫外光；同时，光量子效率低，不易回收再利用。从而使其应用前景受到限制。总体上，纳米TiO₂半导体光催化降解有机污染物的应用还存在以下几个重要问题： 

（1）TiO₂的带隙较宽，为3.2ev，仅能吸收利用波长小于380nm的仅占太阳光中3%～5%的紫外光，对光的利用率低；

（2）纳米TiO₂半导体的光生电子和空穴易于复合，导致TiO₂的光生载流子效率较低；

（3）纳米级的TiO₂光催化剂粉体用于空气净化器，不便拆装回收再利用。

根据上述几大问题，也有学者提出了一些解决方法和技术来对纳米TiO₂进行改性，提高光催化剂的催化性能以及加强对可见光的响应能力，一般包括：金属离子掺杂、非金属离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、表面负载等，这些方法通过不同原理都在不同程度上提高了光催化剂的催化性能，但是，仍然存在着产品性能差，生产成本高，生产工艺复杂等问题，难以实现工业化生产。 

作为光催化材料可以列举出专利文献201010547772记载的催化材料，是以镁铝合金涂层为负载基体，采用电化学沉积镀膜法制备光催化材料，这提高了催化材料的耐蚀性能；增强了催化剂与基体间的结合力；减小了材料使用过程中基体的损失。但是，镁铝合金涂层表面平整，对其进行负载并不能增大催化剂的比表面积，不能充分发挥其光催化性能，间接降低了光催化材料的催化性能；且原料及制备工艺成本高。专利文献201010548450记载的催化材料，是以活性炭纤维为负载基体，这增加了材料的比表面积，从而提高了催化材料对废气的吸附能力，有利于污染物的充分去除，间接地提高了催化剂的光催化性能。但是，其机械性能差，不利于实际使用过程中的安装、定型以及拆卸。 

专利文献：201210262371中所述在溶剂热体系中通过加入油胺作表面活性剂，锌盐、铜盐、铟盐和硫源为反应原料，制备出粒径10±1nm、组成可调的固溶体纳米颗粒光催化剂。但是，原料繁多，工艺流程复杂，制备成本高。 

专利文献：201010240649和200910303193中所述采用钛酸四丁酯为钛源，采用溶胶凝胶法制备纳米TiO₂，反应条件复杂，增加了制备工艺的难度，难以实现工业化生产。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能工业化规模生产和应用的光催化剂。该光催化剂具有制备方法简单；原料来源广、价格低廉；设备要求低；机械性能良好；所制备的催化剂的光催化降解速率、对可见光的响应范围相较未复合改性的P25有很大的提升；将其应用到室内、汽车内甲醛等有害气体的降解。 

本发明的钒源的溶解由偏钒酸铵用热水溶解；V/Ti的摩尔复合配比有0.02、0.05、0.08、0.12、0.16、0.20；单面泡沫镍负载密度为0.02g/cm²~0.03g/cm²，催化材料的空间密度（催化材料表面积/空间体积）为0.04cm^-1~0.05 cm^-1。 

 优选V/Ti的摩尔复合配比为0.12。 

所述的光催化材料，其特征在于采用P25作为复合基原料，它是纳米级TiO₂主要的两种晶型：锐钛矿和金红石重量比大约为80/20的混晶，这两种结构的混杂增大了纳米TiO₂晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在TiO₂表面的组份（水、氧气、有机物）的能力，从而提高了单一晶型光催化剂的催化性能。更重要的是由于P25的广泛应用，目前市面上已经实现了其工业化生产，使得P25的来源广泛，大大降低了制备原料的时间与成本。