[发明专利]锆、银共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆、银共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂及其制备方法，本发明还同时涉及制得的锆、银共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂及其在降解对硝基苯酚中的应用。属于光催化复合材料技术领域。

背景技术

酚类化合物是一类难降解的有机化合物，主要来自于化工产业，含酚废水具有污染大、范围广的特点，并且对环境的污染日益加重，已引起业界和政府的高度重视。对硝基苯酚（PNP）在酚类有机污染物中较为常见，是一种重要的医药、染料等精细化学品的中间体，主要用于生产药物扑热息痛、染料、显影剂、抗氧剂和石油添加剂等。对硝基苯酚具有良好的化学、生物稳定性，在环境中停留时间长，难以生物降解，毒性大，可导致严重的环境问题。

由于对硝基苯酚很难通过直接的生物或化学处理方法将其去除，所以对此类废水的处理技术是国内外研究的热点之一。以二氧化钛为光催化剂，紫外光照射产生·OH的非均相光催化氧化技术引起具有高效节能、清洁无毒、无二次污染和工艺简单的优点，在废水深度处理方面表现为具有较高潜力的高级氧化技术之一，引起了广泛重视。但二氧化钛（锐钛矿）的禁带宽度为3.2eV，吸收波长小于388nm，吸收波段为紫外光区，太阳光能利用率低，且本身存在带隙较宽以及电子—空穴对易复合等缺点，使得单一二氧化钛的光催化活性往往有限，严重制约其在光催化方面的实际应用。为了充分利用可见光或太阳光，对二氧化钛光催化剂进行改性，使其吸收可见光并提高其光催化活性仍是该领域面临的主要问题。

采用金属离子对二氧化钛进行掺杂被认为是获得具有可见光活性的光催化剂的有效方式。将过渡金属离子引入二氧化钛晶格中，可在其禁带带隙中引入杂质能级和缺陷能级，使得能量较小的光子可激发掺杂能级上捕获的电子和空穴，掺杂后的二氧化钛受激所需能量变小，在一定程度上可将其光谱响应范围扩展到可见光区。此外，由于贵金属纳米粒子可以有效地分离光生电子—空穴对，同时降低它们的复合率，因此贵金属纳米粒子负载的二氧化钛也可以提高材料的光催化活性。而如今对单一掺杂方法的研究似乎已达到瓶颈，存在着不同程度的缺陷，而将两种不同的金属离子对二氧化钛进行共掺杂吸引了广大学者的关注。采用低浓度的金属离子共掺杂是提高可见光吸收效率和减少光生电子复合的有效途径。与单一金属元素掺杂相比，采用多杂质共掺杂得到的光催化剂由于其中多种元素的协同效应，具有更高的可见光响应性和光催化性能。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，针对对硝基苯酚在水体中难降解和二氧化钛对可见光的利用效率低的问题，本发明提供一种锆、银共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂及其制备方法，采用的制备方法简单易行，可重复性强，且无需模板和后续处理，适用于大规模生产。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种锆、银共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法，在溶胶—凝胶法制备二氧化钛的过程中加入锆源和银源，并加入封端剂以抑制纳米粒子的聚合，经超声，干燥，煅烧后即得；具体包括以下步骤：

（1）取适量钛酸异丙酯加入到异丙醇中，充分混合后得到钛酸异丙酯的异丙醇溶液；

（2）将钛酸异丙酯的异丙醇溶液在持续搅拌下逐滴加入装有蒸馏水的容器中，并同时逐滴加入适量硝酸；

（3）取定量AgNO₃和ZrO(NO₃)₂溶液进行混合并适当搅拌，得到AgNO₃和ZrO(NO₃)₂的混合溶液；

（4）容器在搅拌的同时逐滴加入AgNO₃和ZrO(NO₃)₂的混合溶液充分反应；

（5）加入适量蒸馏水和水合肼，再加入一定量吐温-20，并持续搅拌至反应完成得到产物；

（6）将产物超声80~100min，并在100~110℃下干燥20~24h，得到干凝胶；

（7）将所得凝胶在400~500℃下煅烧，即得。

作为优选方案，步骤（1）中，钛酸异丙酯与异丙醇体积比为1:10。

作为优选方案，步骤（2）中，钛酸异丙酯的异丙醇溶液与蒸馏水的体积比为1:4~1:3。

作为优选方案，步骤（2）中，加入硝酸量为调节溶液pH值至1~2。