[发明专利]一种N,Fe,Zn-TiO2/AC光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂合成研究技术领域，特别涉及一种N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂的制备方法。

背景技术

目前，光催化氧化技术成为一种新兴的环境污染治理技术，同时也是高级氧化技术中的一种。自1972年Fujishima和Honda发现水在TiO₂单晶电极上的光致分解反应后，TiO₂半导体光催化氧化技术在环境治理与环境保护中的重要作用引起了广泛重视。

由于TiO₂具有抗化学和光腐蚀、稳定性好、无毒、光催化效率高、价格相对便宜和不产生二次污染等特点，被认为是最有应用前景的环保型光催化剂，但是TiO₂光催化剂尚存在光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，对太阳光的总体利用效率较低，并且纳米TiO₂呈现出颗粒易团聚、催化剂回收困难等缺点，使其应用受限，围绕以上问题，近年来有研究者提出针对TiO₂光催化材料的改性以改善对可见光的吸收，提高光量子产率及光催化性能。

但是现有光催化剂在太阳光、可见光下的光催化活性还较低，今后还应在太阳光、可见光下的光催化机理需做进一步研究，以便为寻求适应范围广、活性高、稳定性好的新型高效光催化剂提供理论上的指导。

发明内容

为了克服上述技术所存在的不足，本发明提供了一种可见光催化活性高、可重复使用的N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂的制备方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是由以下步骤实现：

(1)活性炭预处理

称取活性炭颗粒，用水清洗，10％稀硝酸浸泡0.5～1h后超声清洗至中性，每次30～35min，将清洗过的活性炭置于干燥箱中干燥，备用；

(2)a溶液的配制

在室温下将钛酸四正丁酯加入到无水乙醇中，其中钛酸四正丁酯与无水乙醇的体积比为0.5～0.57：1，磁力搅拌器搅拌30～40min，得到均匀透明的黄色溶液a；

(3)b溶液的配制

在室温下将冰醋酸、无水乙醇和蒸馏水充分混合后，加入尿素和硝酸锌、硝酸铁，尿素以氮计，冰醋酸：无水乙醇：蒸馏水：氮：硝酸锌：硝酸铁的摩尔比为6：10：8：0.2～0.4：0.001～0.1：0.01～0.1，搅拌混匀，形成溶液b；

(4)N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂的合成

在磁力搅拌器搅拌下，将溶液b缓慢滴加到溶液a中，使钛酸四正丁酯：氮：硝酸锌：硝酸铁的摩尔比为1：0.2～0.4：0.001～0.1：0.01～0.1，优选1：0.4：0.005：0.1，得到均匀透明的溶胶，按照每100mL混合液中添加30g的活性炭颗粒的量向混合液中加入步骤(1)干燥的活性炭颗粒，剧烈搅拌至负载均匀，陈化10～12小时，优选10小时，干燥，置于马弗炉450～700℃焙烧1.5～2h，优选在500℃焙烧2h，升温速率为10℃/min，得到N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂。

本发明的N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂的制备方法是以钛酸四正丁酯为前驱体，冰醋酸为水解抑制剂，乙醇为溶剂，在纳米TiO₂中实现非金属氮元素的掺杂，采用溶胶-凝胶法制得活性炭负载氮、铁、锌共掺杂的纳米二氧化钛(N,Fe,Zn-TiO₂/AC)，本发明的制备方法简单，无副产物，引入铁离子和锌离子，使其达到更好的协同作用，提高可见光区范围的吸收，保证所制备的光催化剂催化活性高，特别是对甲醛和甲苯具有较强的吸附降解效果，降解率可达99％以上，而且本发明所制备的光催化剂可重复利用，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为活性炭的SEM图谱。

图2为TiO₂的SEM图谱。

图3为N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂的SEM图谱。

图4为N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂对甲醛的催化降解效果影响图。

图5为N,Fe,Zn-TiO₂/AC光催化剂对甲苯的催化降解效果影响图。

具体实施方式

现结合实施例和实验、附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

实施例1