[发明专利]一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种适应隧道照明条件下的降解汽车尾气的钒改性二氧化钛制备方法，属于隧道汽车尾气治理技术领域。

背景技术

近年来，中国隧道工程发展迅速，已建成大量长大型隧道。隧道是个相对封闭的区域，长大型隧道在运营管理时又会常常遇到通风不畅的问题，使车辆行驶时排出的废气烟尘无法及时排除，不仅对人体的健康造成严重威胁，还会降低隧道内的能见度，妨碍行车安全，污染物的长期存在还会对隧道内的结构物、灯具等设备造成腐蚀，影响其使用寿命。已有研究表明汽车尾气中含有大量的CO、CO₂、NOx、HC、烟尘微粒等严重危害司乘人员的健康的气体。尤其是当隧道内发生严重堵车情况时，汽车排放的尾气不能及时排出，大量累积，尾气浓度将快速升高，当其浓度达到一定程度时，会致人昏迷，甚至死亡。目前，为了降低长大型隧道内污染物浓度，多采用机械通风的方法，但这仅仅能把汽车尾气进行稀释，并不能从根本上解决空气污染的问题。稀释扩散的污染物会对隧道周围的环境造成污染，危及周边居民的身体健康。

近年来，有部分学者考虑在涂料、沥青路面中加入纳米二氧化钛，利用纳米二氧化钛的光催化原理实现隧道内汽车尾气的净化，已取得一定成果。二氧化钛不仅是一种半导体材料而且是受欢迎的催化剂之一，其光催化性能优异、无毒、化学稳定性、廉价，使得其在环境治理领域得到广泛应用，例如，降解有毒气体，净化水体，除臭等。由于二氧化钛半导体禁带宽度为3.2eV，其对应的激发波长为387nm，属于紫外光区，而隧道到内光源多为可见光，只有少量的紫外光，人体长时间暴露在紫外光下又会引起健康问题，所以隧道内不能安放紫外荧光灯；另外光激发二氧化钛所产生的光生电子-空穴复合率高，导致光量子效率低，光催化性能不突出。

因此，如何提高其对可见光的光吸收率，改善二氧化钛在隧道光照条件下降解汽车尾气的效果已成为研究的重点问题之一。近年来人们尝试了多种办法对二氧化钛进行改性，主要使二氧化钛晶体颗粒尺寸减小，增加粉末的比表面积，提高晶体的光催化效率，提高二氧化钛的结晶度抑制电子和空穴的复合，增强二氧化钛的可见光响应，提高二氧化钛可见光利用效率。

当前主要是通过利用表面贵金属沉积、复合半导体、表面光敏化、表面螯合衍生化作用、离子掺杂等方法对二氧化钛进行改性。其中离子掺杂又分为金属离子掺杂和非金属离子掺杂。由于非金属掺杂的机制和对可见光的利用原理尚未明确，对二氧化钛的改性研究的最重要方法还是是金属离子掺杂。当掺杂金属离子进入二氧化钛的晶格，金属离子可以导致晶格缺陷或提高催化剂的结晶度，在二氧化钛的禁带中引入掺杂能级，使吸收带边延伸，提高可见光响应程度和量子产生效率，使二氧化钛在隧道光照条件下具有降解汽车尾气的效果。

因此，本发明根据隧道光照条件，采用钒掺杂改性二氧化钛光催化剂用作隧道内衬砌、路面、附属设施等，充分利用隧道照明条件，使其光吸收谱带向可见光拓展，提高可见光吸收率，改善二氧化钛光催化效率，从而降解汽车尾气，提高隧道空气质量。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法，解决目前二氧化钛只能吸收紫外光、难以利用可见光、易团聚、降解效率低、在隧道照明条件下降解尾气效果差的问题。

(2)技术方案

为了解决目前常规方法制备的二氧化钛可见光利用效率低、光生电子-空穴对易复合和汽车尾气降解效果差等技术难题。本发明首先根据二氧化钛的光催化原理，选取金属钒离子作为掺杂剂，然后根据隧道特殊环境，利用金属钒离子提高二氧化钛光催化剂在人造光源下降解汽车尾气效果，提供一种适应隧道照明条件下的降解汽车尾气的钒掺杂二氧化钛制备方法。本发明技术方案如下：采用溶胶-凝胶法制得氮掺杂二氧化钛溶胶，经陈化制得凝胶，再研磨和煅烧制备纳米氮掺杂二氧化钛光催化剂，然后利用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见光漫反射光谱、X射线光电子能谱等表征手段分析钒离子对二氧化钛的微观结构的影响，最后在模拟隧道环境下，对钒掺杂二氧化钛进行汽车尾气的实际降解效果测试，以确定钒的最佳掺杂量，进一步提高隧道内汽车尾气降解效果，改善隧道内行车环境。

(3)有益效果