[发明专利]一种三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，首先将盐酸水溶液、钛酸酯和纳米银胶体水溶液混合，得到活性组分前驱体溶液；然后将三维基底材料浸于所述活性组分前驱体溶液中，在密闭条件进行水热反应，得到三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂。本发明先配制活性组分前驱体溶液，然后将三维基底材料浸于活性组分前驱体溶液中，进行水热反应，在水热反应过程中，同时实现了光催化剂活性组分的制备和活性组分的负载，即在三维基底材料表面原位生长光催化剂活性组分，从而使活性组分与三维基底材料紧密结合，提高了三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂的稳定性。

技术领域

本发明涉及光催化氧化生物降解直接耦合的技术领域，尤其涉及一种三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

2008年，美国工程院院士Rittman教授的课题组首次提出光催化氧化生物降解直接耦合技术(Intimate coupling photocatalysis and biodegradation，ICPB)的概念。在直接耦合技术中，构建具有光催化和生物降解功能的直接耦合复合载体是关键技术之一。光催化剂负载于三维基底材料的外表面，而生物膜分布于三维基底材料内部孔隙中。在紫外光/可见光的激发下三维基底材料外表面的催化剂会发生光催化反应，而内部的生物膜在曝气的条件下会发生生物降解作用。在直接耦合反应体系中光催化反应与生物降解过程在时间和空间上是同步进行的。目前，ICPB技术已经成功的应用于苯酚、氯酚、吡啶、染料废水、硝基苯等生物抑制性污染物的降解，与传统技术相比具有显著的优势。

ICPB体系构建涉及到的关键环节之一是如何将光催化材料负载到三维基底材料的表面，并使负载后的材料具有稳定、高效的光催化性能。传统方法是采用溶胶凝胶的方法制备光催化溶胶或粉末材料，再采用物理吸附的手段将其负载于三维基底材料上。该方法存在制备程序复杂和光催化剂活性组分负载不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用，本发明提供的制备方法得到的催化剂具有优异的稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将盐酸水溶液、钛酸酯和纳米银胶体水溶液混合，得到活性组分前驱体溶液；

(2)将三维基底材料浸于所述活性组分前驱体溶液中，在密闭条件进行水热反应，得到三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂。

优选的，所述盐酸水溶液的浓度为17～20wt.％。

优选的，所述活性组分前驱体溶液中钛酸酯的浓度为0.04～0.36mol/L。

优选的，所述活性组分前驱体溶液中纳米银的浓度为3.2～9.6mmol/L。

优选的，所述三维基底材料为多孔海绵、泡沫碳、多孔金属或多孔半导体材料。

优选的，所述水热反应的温度为110～190℃，所述水热反应的时间为4～36h。

本发明还提供了根据上述技术方案所述的制备方法制备的三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂，包括三维基底材料载体和Ag/TiO₂复合活性组分，所述Ag/TiO₂复合活性组分以纳米线的形式生长于三维基底材料载体表面，所述Ag掺杂于TiO₂中。

本发明还提供了上述三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂在光催化氧化生物降解直接耦合技术中的应用。

优选的，所述的应用为将生物活性组分接种至三维基底材料负载银掺杂二氧化钛光催化剂上，将所得产物作为光催化氧化生物降解催化剂使用。