[发明专利]一种基于染料敏化二氧化钛的可见光响应的光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于染料敏化二氧化钛的可见光响应的光催化剂的制备方法，用于可见光催化降解处理水中有机污染物。通过实验合成一种卟啉金属有机框架材料敏化的TiO₂复合催化剂，以此提高卟啉敏化TiO₂整体催化稳定性，拓宽其光响应范围，减缓空穴‑电子对的结合，增强催化剂的性能。通过考察复合催化剂在可见光条件下对水中典型有机污染物—亚甲基蓝的降解性能，实现高效可见光降解水中有机物的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于染料敏化二氧化钛的可见光响应的光催化剂的制备方法，用于可见光催化降解处理水中有机污染物。

背景技术

随着我国工业的迅猛发展，特别是城镇化进程的加快，淡水资源尤为紧缺。放眼世界，约占世界人口40％的80个国家和地区约15亿人口淡水不足，其中26个国家约3亿人极度缺水。我国人口众多，是世界第一人口大国，也是水资源大国。但人均淡水资源只占世界人均水资源的四分之一。淡水资源匮乏的一个重要原因是污水的大量排放，其中，印染废水便是典型的水中有机污染之一。亚甲基蓝是常见的印染废水之一，它是一种水溶性多环芳烃染料，主要作为化学染剂用于麻、蚕丝织物、纸张、制造墨水、色淀及生物、细菌组织的染色和竹木的着色。目前，亚甲基蓝广泛应用于染料工业和纺织印染工业，所产生的废水排放量很大，具有“高浓度、高色度、高pH、难降解、多变化”的特征，高浓度的亚甲基蓝溶液对血红蛋白起氧化作用，生成高铁血红蛋白，对生物产生毒害作用。因此，对印染废水的治理直接关系到一个地区的水质安全和人口健康。

与传统的吸附法相比，金属氧化物半导体材料光催化降解水中污染物具有条件温和，无毒无害，降解彻底，使用方便，再生性能好等诸多优势。然而，TiO₂等半导体材料往往存在禁带宽度较宽、只能响应占可见光3％-5％的紫外光等问题，因此应用前景十分受限。

为了拓宽可见光的响应范围，国内外的科学家进行了大量的研究实验，包括金属离子掺杂和阴离子掺杂，狭窄带宽的半导体敏化以及染料敏化等方法。其中，染料敏化被公认为是最行之有效的方法之一。选择合适的敏化剂如酞菁，香豆素和卟啉等，可以有效的改善TiO₂的光催化活性。在众多的敏化剂中，卟啉广泛存在于自然界，且在光合作用中发挥主要作用，因此其在可见光敏化TiO₂中的应用受到广泛的关注。相比其他染料，卟啉具有更高的光吸收系数和光稳定性。但卟啉类衍生物同样存在敏化剂长重复使用性能不足，染料分子在溶液中堆积聚集等问题，具有高度稳定性和高脱除率的可见光催化剂仍需进一步开发。

卟啉(Porphyrins)是卟吩环上进行取代后所得的衍生物的总称，具有大环共轭结构。近年来卟啉在模拟生物光合作用、太阳能电池、有机电致发光以及光导材料领域有着广泛的应用。卟啉最显著的化学特性是卟啉与大多数金属离子都能够形成配合物。卟啉类化合物在Q带有四个弱吸收峰，在Soret带有一个强吸收，且具有结构多样性、可修饰性等特点。这也为含有不同中心金属、不同取代基卟啉类化合物的制备提供了理论依据。大量的实验证明，在紫外光条件下，水中的有机染料污染物可以被TiO₂有效降解为CO₂，H₂O和其他无机小分子。但太阳光只包含4％的紫外光，因此纯TiO₂无法有效地利用可见光降解有机物。因此，近些年来，研究工作致力于卟啉和金属卟啉敏化TiO₂降解酸性铬蓝K，罗丹明B，阿特拉津，对硝基苯酚，亚甲基蓝，2,4-二氯苯酚和乙醛等有机污染物。

发明内容

本发明的目的是针对污水中有机污染物难处理的问题，提供一种基于染料敏化二氧化钛的可见光响应的光降解催化剂的制备方法，完成水中有机污染物在可见光下高效降解，实现含有机物污水的高效、低成本的处理。