[发明专利]一种纳米TiO2

说明书

本发明公开了一种光催化降解染料废水的处理工艺，其采用的可见光催化剂为K、Nd共掺杂的TiO₂光催化剂。该催化剂首先通过离子交换制得部分K掺杂的钛酸钾，然后进一步水热离子交换制得Nd、K共掺杂的TiO₂光催化剂。本发明解决了现有技术中染料废水降解效率低的问题，适用于降解污染水体中的有机染料。

技术领域

本发明涉及一种光催化降解染料废水的处理工艺，采用K、Nd共掺杂的TiO₂光催化剂，该处理工艺具有操作简单、成本低廉、降解效率高等优点。

背景技术

在纺织印染加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的助剂，这些助剂大多以液体的形态排放，不可避免地进入水体环境，造成水体污染。如罗丹明B染料具有致癌和致突变性，含有罗丹明B的废水色度深、有机污染物含量高、生物降解性差，用常规的方法如物理吸附法、芬顿法等难以治理，导致污染水质长期恶化，严重危害水体环境和人类的健康，因此对这类废水的降解处理显得十分重要和紧迫。

但是如何高效低成本地使用清洁能源，仍然是一个巨大的挑战并且具有深远的意义。所以人们迫切需要开发利用环保和高储能的新能源如太阳能、风能、潮汐能、生物能、氢能、海洋能等，能够经济有效地替代化石和矿物资源，在保护环境和人类健康的前提下，实现能源的有效转化并且不影响人们正常的生活。近年来大量新型环保材料应运而生。纳米TiO₂材料正是这种能够净化环境和高效利用太阳能的绿色功能材料。它不仅具有氧化能力强、优异的化学稳定性、能量消耗第、无后续二次污染等优点，而且还具有价格低廉、无毒无害、可长期使用等特点，因此近年来备受光催化科研工作者的青睐和关注，并且将其广泛应用于新能源领域如染料敏华太阳能电池、光解水产氢、微波吸附、光吸附、生物医药处理、光伏电池、光催化、锂离子电池等。

但半导体TiO₂材料也存在一些严重的缺陷，例如纯TiO₂光催化剂的光生电子空穴对的寿命短，光吸收范围窄和光转换效率低，限制了固体粉末催化剂的应用。所以需要对纳米二氧化钛的形貌进行修饰和改性研究，提高其对太阳光吸收效率已经迫在眉睫。因此，合理地运用太阳能和半导体氧化物制备氢能和有效地治理环境将受到人们越来越多的重视。

自1972年日本科学家Fujishima和Honda发现紫外光照射条件下太阳能光伏电池的TiO₂电极时发生了光解水的有趣现象以来，将近半个世纪以来，科研工作者们投入大量的精力研究TiO₂的改性，阐述分析其催化机理，随着研究的不断深入，光催化反应机理愈加清晰明了，关于TiO₂的研究快速成了焦点，而在各个方面也取得了不同程度的进步，可是从整体上依旧处于实验室的理论研究阶段，距离工业化应用还有很大距离，为了有效地提高TiO₂催化剂的催化活性，目前所采用的方法包括窄带隙半导体与之复合、金属非金属离子的掺杂、贵金属沉积、表面的光敏化等方法来改变催化剂内部晶型结构以及外部的表面组成及性质减小催化剂的带隙距离，提高催化剂对可见光的吸收能力达到增强TiO₂光催化性能的目的。