[发明专利]四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于降解多种有机染料的可见光催化剂，特别涉及一种四羧基酞 菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。

背景技术

光催化在近几十年来已经发展成为一个大的领域。半导体光催化剂在水、空气和 废水处理方面已经取得了很大的成功。半导体在有害污染物的治理方面对很多有机化合物 都有很好的应用，例如烷烃、烯烃、苯酚、羧酸芳烃、染料、表面活性剂、农药和重金属离子 (例如，Pt⁴⁺，Au³⁺，Rh³⁺，Cr⁶⁺等)还原。

有一些半导体已经被作为光催化剂，但是TiO₂已经被证明是基准半导体在有效降 解有机污染物方面。半导体吸收光的能量发生光致激发和半导体带隙宽度相匹配的产生电 子-空穴对。激发态导带电子能和于空穴重新结合消耗入射能量，被吸附在表面的电子给体 和电子受体发生反应。为了有效利用二次催化转换中的电子-空穴对，半导体表面上转化成 化学基态是十分重要的。为了限制电子和空穴的再次结合，有效增加导带电子和价带空穴 的分离，电子受体和给体都应该限制在半导体的表面。目前已有的方法有将光催化剂固定 到氧化还原功能化的聚合物，电子受体和半导体表面之间的范德华力作用和受体功能化的 半导体应用。

有关TiO₂光催化剂的反应机理已经有大量的文献说明。尽管具体的由一种污染物 转换到另一种的机理细节不同，但是被普遍接受的机理是超氧自由基，特别是羟基自由基 作为催化有机污染物的活性物种。自由基的形成是由于水和氧气分子的电子-空穴的分离， 如化学平衡式1-4：

O₂+e^-_cb→O₂·^-(1)

H₂O+h⁺→·OH+H⁺(2)

·OH+·OH→H₂O₂(3)

H₂O₂+O₂·^-→·OH+OH^-+O₂(4)

增加有机污染物的降解效率的一个方法是提高活性物种羟基自由基的产率，在二 氧化钛悬浊液中加入过氧化氢能有效提高降解苯酚和有机卤化物的效率^[30-32]。二氧化钛 的光催化活性被限制在紫外区域，因此太阳光能不能被有效利用。染料敏化二氧化钛拓展 了光的吸收和在可见光区二氧化钛的转化能力。金属酞菁是一种很稳定的金属配合物，还 具有一些非凡的性质，例如氧化还原活性、热稳定性、无毒性等。其应用领域有电致变色设 备、工业和环境应用中的传感器、光催化过程(包括太阳能转换)等。事实上，铁酞菁和镁酞 菁在过氧化氢存在时已经被应用到有机污染物的光催化降解。Fe(IV)＝O或者Fe(V)＝O酞 菁、Fe(III)-OH酞菁在有机化合物矿化中作为活性物种。铁酞菁在二氧化钛体系中能提高 光催化效率可能的原因有：(1)铁酞菁能参与光芬顿反应类型进而提高光激发产生的·OH 的量；(2)铁酞菁二氧化钛体系中能协同催化光降解污染物；(3)污染物能形成铁酞菁中的 金属离子铁的轴向配体，进而增加在催化剂周围的污染物浓度，提高光催化效率。

发明内容

本发明提供一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方 面的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂在可见光下降解有机染料方面的应用。该 催化剂是由四羧基酞菁铁敏化二氧化钛得到，四羧基酞菁铁与二氧化钛的摩尔比为1:22- 28。

作为优选，该催化剂中二氧化钛的粒径为50-80nm。二氧化钛的粒径在该范围时用 于印染废水处理效果为最佳。

作为优选，所述的应用主要指降解染料废水中的有机染料。

作为优选，所述的有机染料包括罗丹明B(RB)、亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)、酸性红 (AR)和孔雀石绿(MG)中的一种或几种。

作为优选，四羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂的用量为0.2-2g/L，最佳用量为 0.4-0.8g/L。