[发明专利]间隙硼掺杂二氧化钛光催化材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及间隙硼掺杂二氧化钛光催化材料的制备方法及应用，通过低温溶胶凝胶法，可制备出间隙硼掺杂TiO₂纳米光催化剂，其中间隙位的硼离子充当催化剂表面路易斯酸性位点的作用，极大地增强了对路易斯碱性酚的吸附作用。与现有技术相比，本发明不仅能够有效的增强水体中酚的吸附，还可以通过不同的化学构型吸附作用达到选择性吸附的目的，最后通过光催化氧化技术达到快速氧化目标污染物。该方法简单可行，增强吸附作用明显、选择性高、催化效率高。

技术领域

本发明涉及环境酚类污染物降解的技术领域，尤其是涉及一种间隙硼掺杂二氧化钛光催化材料的制备方法及对酚的增强吸附以及不同结构酚的选择性吸附和高效降解的光催化应用。

背景技术

环境酚类污染物种类众多，广泛存在于自然界中。其性质稳定不易被降解去除，在生态环境中容易通过食物链被富集，影响生物的健康。实际水体中的污染物是复杂多样，其中容易被降解的污染物占到了99％，难降解的污染物只占了1％。如果用传统的处理方法，肯定是易降解的污染物被优先去除，而1％的难降解污染物的依然存在，这就使得水体中依然存在毒性。传统的水处理方法因缺乏特异性而大大降低了水处理的效率，因为大多数的吸附和氧化能力都浪费在去除无害的物质上。因此，增强催化剂对水体中低浓度高毒性酚类的富集和优先去除是至关重要的。

光催化技术属于高级氧化技术，它具有反应条件温和，氧化能力强，无二次污染等显著优点。近年来，TiO₂光催化氧化技术在能量转化、环境污染的降解处理中得到广泛的研究。尽管该方法具有快速高效、氧化降解彻底等优点，但是光催化本身并没有选择性，很难实现对目标污染物的选择性光催化氧化。因此，如何实现复杂水体中低浓度高毒性污染物的选择性高效富集和氧化是目前光催化研究领域的研究热点和难点。近年来，众多科学工作者试图通过对催化剂表面进行修饰或改性以攻克光催化氧化技术缺乏选择性这一难题，但是这些方法存在不够稳定，催化剂制备复杂和选择性单一等问题，很难对复杂体系中的低浓度物质进行高效富集，更无法实现选择性催化降解。

在解决酚类化合物吸附方面，有文献报道了通过在有机整体柱等基底表面修饰嫁接有机苯硼酸，可以制备一系列有机苯硼酸化的整体柱，从而实现对顺式二羟基化合物的特异性高效富集。然而，如果在TiO₂催化剂表面修饰有机官苯硼酸官能团，不仅方法复杂，而且表面的有机物容易在光催化过程被氧化分解，导致材料的可重复利用性差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种间隙硼掺杂二氧化钛光催化材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

间隙硼掺杂二氧化钛光催化材料的制备方法，成功地将无机硼酸构筑在TiO₂基底上，利用无机硼酸的路易斯酸性，以及酚类化合物自身的路易斯碱性，便可解决上述存在的选择性高效富集问题，具体采用以下步骤：

(1)将硼酸、无水乙醇、乙酸搅拌混合均匀，然后将溶液温度降至0℃，逐滴缓慢加入钛酸四丁酯；

(2)将溶液进行溶胶凝胶并老化，将得到的凝胶固体取出，依次用无水乙醇和去离子水重复洗涤；

(3)将清洗后的凝胶固体进行干燥，再进行煅烧处理，最后对煅烧后的白色固体进行充分研磨，得到间隙硼掺杂的TiO₂纳米颗粒。

步骤(1)中所述硼酸、无水乙醇、乙酸、钛酸四丁酯的质量比为2-5：10-15：0.1-0.5：20-50。

步骤(2)中所述溶胶凝胶以及老化过程中控制温度为30～50℃，老化时间控制在12～24h。

步骤(3)中干燥温度为20～30℃，时间为12～36h。

步骤(3)中煅烧处理的升温速率为1～2℃/min，煅烧温度为400～550℃，煅烧时间为120～600min。