[发明专利]一种可见光催化降解罗丹明B的钛基复合材料及其制备

说明书

本发明公开了一种可见光催化降解罗丹明B的钛基复合材料及其制备方法，属于环境污水处理技术领域，涉及光催化的新材料制备。具体是采用溶胶‑凝胶法制备TiO₂纳米粉体，以Ag⁺为掺杂剂，以离子液体(IL)为修饰剂，液相共沉淀法制备TiO₂/Ag⁺/IL纳米复合材料。可见光照下考察该复合纳米材料对于罗丹明B染料的光催化降解性能，经条件优化，其降解率可达到98.87%。该方法成本低廉、制备简便、对罗丹明B降解效果极佳，有效提高环境污水处理效率，实现社会效益、经济效益、环境效益的有机统一。

技术领域

本发明属于TiO₂基复合材料制备方法，具体涉及一种可见光催化降解罗丹明B的钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

大自然的环境遭受着前所未有的污染，环境问题已成为热点问题，科学界也引起了一股“环境热”。纳米材料光催化技术在环境污水降解方面具有广阔的发展前景和应用空间。含有染料、农药、有机污染物等物质的环境污水，都可以进行光催化反应，通过脱色、光催化降解成对环境无害的小分子物质。相对于传统的物理化学处理方法，通过适当方法合成的纳米材料作为光催化剂对染料和有机物进行降解有许多显著优点，主要表现在结构本性、化学性能、光催化程度等方面。例如纳米材料的晶粒较小，聚集在表面的粒子数量多，形成了高浓度的晶界，从而提高光催化效率。

众多纳米材料中，TiO₂纳米材料以其自身化学性质稳定、高催化活性和价格低廉等优点脱颖而出，成为纳米材料的研究主角。单一的TiO₂的禁带宽带较低，电子空穴复合率较高，对可见光利用率低等限制了对这类纳米材料的应用。纳米光催化剂在可见光的照射下，可发生强氧化还原反应，有效的降解污染物。TiO₂具有化学性质稳定、无毒、抗腐蚀性能强和成本低等优点而成为最具有潜力和应用前景的半导体光催化材料。纳米TiO₂材料有较大的禁带宽度（3.0-3.2eV）和较低的量子效应，只能被紫外光所激发，吸附能力差，对可见光的利用度极低。TiO₂产生的光生电子-空穴对催化剂内部和表面复合概率高，反而降低了光催化性能。再者，紫外光对人体皮肤有较大的伤害。

掺杂复合金属材料、非金属材料、表面贵金属沉积、离子液体等手段对TiO₂进行修饰改性，拓宽纳米材料对可见光的禁带宽度，从而达到较高的光催化性能。 离子掺杂是对TiO₂纳米光催化材料改性的方法之一，主要包括金属离子掺杂（稀土金属、过渡金属）和非金属材料掺杂。金属离子掺杂是利用过渡金属离子d电子对太阳光吸收的灵敏作用，在TiO₂纳米材料中掺杂过渡金属离子，可以增大光催化剂对光的响应波长范围，从紫外光的局限性，延伸至可见光的应用范畴，从而增强了光催化能力。其次，TiO₂微球是一种特殊的壳体，在其表面负载金属离子，向其表面引入电荷，降低了电子-空穴对的复合率和表面电荷的迁移率，从而提高TiO₂纳米材料的光催化性能。一定量的金属离子掺杂可以使光催化材料出现“杂质能级”，可以作为电子跳跃的跳板，减少跃迁所需要的能量。常用的过渡金属离子有Fe、Cu、Mo、Re、Ag等，稀土金属掺杂有Ce、La、Nd等。

离子液体是由大的无机阴离子（BF₄^-、PF₆^-等）和氮、磷有机阳离子组成，在室温和相邻温度下，完全以离子态的形式存在。由于离子液体的阳离子和阴离子的数目相等，所以一般认为它是中性的，并且由于其中的离子高度不对称，所以很难积聚起来，导致它的结晶受阻，所以它在室温下呈液态，俗称“室温离子液体”。与有机溶剂相比，离子液体具有较高热稳定性、高化学稳定性、黏度低、低熔点、良好的电化学性、能溶解多种有机材料和无机材料等优势，逐渐在改良TiO₂纳米材料中被应用。

发明内容