[发明专利]复合光催化剂贝壳基掺硼二氧化钛及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合光催化剂贝壳基掺硼二氧化钛及其制备方法。该制备方法包括：将钛酸酯溶于有机溶剂中，获得淡黄色溶液；将硼酸、贝壳粉加入到去离子水中，混合均匀，获得混悬液；在快速搅拌条件下，将淡黄色溶液逐滴滴加到混悬液中，继续搅拌直至钛酸酯充分水解，获得初始反应溶液；将初始反应溶液置入高温高压反应釜中，于140~180℃下水热反应2~12 h后自然冷却至室温，获得反应混合物；将反应混合物离心分离，取沉淀，洗涤干燥，获得初成品；将初成品充分研磨后煅烧，自然冷却至室温，获得复合光催化剂贝壳基掺硼二氧化钛。方法操作简单，环保，光催化剂活性高，能回收利用，光响应范围广。

技术领域

本发明涉及一种复合光催化剂贝壳基掺硼二氧化钛及其制备方法。

背景技术

光催化剂是一种重要的绿色环保材料，以半导体材料为催化剂的光催化氧化法是近年来兴起的一种水处理技术。与传统方法比，该方法氧化效率高、稳定且无二次污染，它可以将染料废水中的有机污染物分解为CO₂，H₂O，N₂，Cl^-等无机物小分子，因而具有较好的应用前景。

TiO₂纳米材料因其具有良好的化学稳定性、低成本、无毒等特点成为最具应用潜力的光催化剂，但由于TiO₂带隙较宽，禁带宽度为3.2ev，需紫外光（λ≤387.5nm）才能激发其催化活性，因而极大地限制了它的应用；此外纳米TiO₂作为光催化剂使用时存在回收困难、再次利用难等缺点，这严重限制了TiO₂纳米材料在废水处理方面的应用与发展。

为解决纳米TiO₂回收利用难这一问题，公开号为CN101352675A的中国专利文献公开了一种贝壳粉负载活性纳米二氧化钛的制备方法，该制备方法包括：将前驱物钛酸酯、钛的醇盐、钛酸盐中的至少一种溶于有机溶剂中，Ti⁴⁺的浓度为0.01~6.0mol/L，剧烈搅拌下滴加适量的水和水解催化剂，使溶液的pH=3.5~6.5，剧烈搅拌形成淡黄透明的TiO₂溶胶，陈化待用；取活化的贝壳粉负载（负载方法为旋涂、蘸涂、等离子喷涂或热喷涂）该TiO₂溶胶，70~100℃烘干，蒸馏水反复冲洗，再于70~100℃烘干，在马沸炉中以400~500℃焙烧（控制升温速率为1~10 K/min，升温到300℃后，恒温；然后升温至400~500℃，再恒温），即得到贝壳粉固定化的纳米TiO₂。

但是该方法未改善TiO₂的带隙范围，未有效拓展光催化剂的光响应范围，不能高效利用可见光区域能量，这使该方法制得的光催化剂作在实际应用中难以大规模推广。

为解决使用过程中需要紫外光（λ≤387.5nm）才能激发TiO₂催化活性这一问题，公开号为CN104645952A的中国专利文献公开了一种硼掺杂纳米二氧化钛的合成方法，该合成方法包括：将13-15ml钛酸丁酯溶于60-70ml无水乙醇中，加温至50-70℃，加压至5-8MPa，剧烈搅拌，缓慢滴加溶有H₃BO₃的去离子水，搅拌3-6h使钛酸丁酯充分水解，然后放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，加压至10-15MPa 的情况下，200-240℃维持12-48h，迅速水冷至2-8℃，降压至常压；产物经过滤、乙醇和去离子水洗涤，在室温下干燥24h，然后于90-100℃真空干燥5-10h，制得B₂TiO₂ 催化剂。

然而该合成方法较为繁琐，对实验条件苛刻复杂，生成的TiO₂极易团聚，并且未解决TiO₂回收利用困难这一缺陷。

目前制备纳米二氧化钛复合光催化剂的方法都较为繁琐复杂，且制备的复合光催化剂催化效率较低，因此为了扩大纳米TiO₂这一光催化剂的使用规模，迫切需要开发新的简易、高效的制备技术和方法。