[发明专利]二氧化钛组合物和其作为防止污染剂的用途

说明书

本公开内容提供了金属氧化物‑掺杂的二氧化钛(TiO₂)组合物，具有包括TiO₂和一种或多种金属氧化物的固相，和液相。还提供了制备这样的掺杂组合物的方法。本文公开的掺杂组合物可显示吸附和光催化性质，特别是在处理包含H₂S气体的气流(例如，减少大气污染)的情况下。

发明领域

本发明涉及光敏、中性的基于二氧化钛(TiO₂)的材料。本发明还涉及制备这样的材料和使用这样的材料，例如，用于从气流中除去污染物。

发明背景

硫化氢(H₂S)是一种少量天然存在的气体(例如，存在于火山气体、天然气和某些岩盐中)。硫化氢作为许多工业过程的副产物形成(例如，在炼油厂中，其中石油的加氢脱硫通过氢的作用释放硫，和在燃煤发电厂中，其中硫转化为硫化氢)。H₂S的其它排出单位包括采矿作业、纸和纸浆加工厂、嫘萦制造厂和制革厂。硫化氢还可在缺少氧的情况下，特别是在高温下通过细菌分解有机物质产生(例如，在农业筒仓和污水中)。

从这些和其它来源释放硫化氢带来环境和健康风险。硫化氢具有特征性的难闻气味，长期暴露于H₂S (例如，通过呼吸污染的空气或饮用污染的水)可导致一系列健康问题，从眼睛刺激、恶心、头晕等到意识不清和死亡。硫化氢还可导致混凝土和金属的腐蚀，例如，在市政废水收集和处理系统中。环保局(Environmental Protection Agency)已报告了设计持续50-100年的下水道在低至10-20年中由于硫化氢腐蚀已经失效，和预期20年的源寿命的相关电和机械设备已需要在低至5年内更换。除了硫化氢之外，各种其它气体(例如，污染物)，包括但不限于其它含硫气体，已知带来这样的风险。提供能够从各种环境除去硫化氢和其它气体以解决这些顾虑的组合物和方法将是有益的。

钛氧化物溶胶是通常已知的，和已表明促进一系列大气污染物的分解。然而，这样的溶胶显示很少至没有H₂S的有效除去。因此，提供可以此方式起作用的呈溶胶形式的组合物将是有益的。因为溶胶通常可适用于除了气体消除之外的各种目的，这样的组合物可更普遍地用于各种应用。

发明简述

本公开内容提供了掺杂组合物(例如，溶胶)、制备这样的掺杂组合物的方法和使用这样的掺杂组合物的方法。特别地，本公开内容提供了包含TiO₂的溶胶，其可显示光催化能力。根据本文的公开内容，包含TiO₂的溶胶掺杂有一种或多种其它组分，例如，金属氧化物。

在一个具体的方面，本公开内容提供了组合物(例如，溶胶)，其包含：包含第一和第二金属氧化物的固相，其中第一金属氧化物是二氧化钛(TiO₂)；和液相。第二金属氧化物是除钛以外的金属的氧化物(即，包含不同于第一金属氧化物的金属的金属)。在某些实施方案中，第一和第二金属氧化物均匀地分散在整个掺杂组合物中。在一些实施方案中，至少一部分的第一和第二金属氧化物可彼此紧密结合。例如，在一些实施方案中，至少一部分(例如，约50%或更多，或约75%或更多重量)的第二金属氧化物附着到至少一部分的第一金属氧化物。在一些实施方案中，至少一部分(例如，约50%或更多，或约75%或更多重量)的第二金属氧化物呈在至少一部分的第一金属氧化物上的涂层的形式。在某些实施方案中，本文公开的掺杂组合物是透明的。在一些实施方案中，掺杂组合物可以中性形式提供，例如可具有约6-约9的pH。在一些实施方案中，本文公开的掺杂组合物可进一步包含水溶性胶溶剂，例如，碱剂例如胺，和作为具体的实例，组合物可包含二乙胺作为胶溶剂。