[发明专利]一种用于光催化降解VOCs的稀土元素改性二氧化钛纳米光催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于光催化降解VOCs的稀土元素改性二氧化钛纳米光催化材料及其制备方法，该制备方法包括：（1）将醇和酸均匀混合，得到混合溶剂；（2）将钛源分散于所得混合溶剂中并逐滴加入水，得到混合溶液A；（3）再将稀土源加入所得混合溶液A中，得到混合溶液B；（4）将所得混合溶液B在常温下搅拌0.5～5小时，得到溶胶；（5）将所得溶胶经干燥和煅烧，再经研磨，得到稀土元素改性二氧化钛纳米光催化材料。

技术领域

本发明涉及一种稀土元素改性二氧化钛纳米光催化材料及其制备方法和其在降解空气中挥发性有机气体污染物的应用，属于气相环境光催化技术领域。

背景技术

近年来空气污染问题日趋严重，威胁着人类健康和环境安全。其中，氮氧化物、硫氧化物、挥发性有机污染气体(VOC_S)为主要污染物。根据世界卫生组织等机构的定义，VOCs是指沸点在50℃-250℃，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物，挥发性有机物(VOCs)对人体危害极大，一定浓度的VOCs短时间即可伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。部分VOCs如苯、甲苯及甲醛已被列为致癌物质。另外，VOCs在氧化性的大气环境中成为形成PM_2.5的前体物。因此，如何实现大气环境中低浓度VOCs的降解对保障环境安全、人类健康以及抑制雾霾频发具有重要研究价值(参照文献1，文献2)。

在已有VOCs降解技术中，热催化技术需要高温条件、臭氧氧化技术有毒且不稳定、吸附技术不能有效降解VOCs等不足之处限制了它们在VOCs中的应用，而光催化技术具有反应条件温和，能直接利用太阳能，深度矿化污染物以及基本无二次污染等优点成为最有应用前景的绿色环保空气净化技术之一。二氧化钛因具有物理化学性质稳定，低成本、安全以及无毒等优势，成为目前应用最为广泛的商用光催化剂，并已成功应用于水体污染物和固定相气体污染物的降解(参照文献3，4)。与水体污染物和固定相降解相比，实际室内外环境中挥发性气态污染物具有流动快、浓度低、与催化剂接触时间段、面积小等特点，因此，如何利用二氧化钛光催化性能，高效降解VOCs污染气体，具有重要的应用价值。

稀土元素是一种具有特殊4f电子结构的过渡态元素用于改性二氧化钛，则可与二氧化钛之间进行电子转移，促进电子空穴对的分离，从而提高材料的光催化性能，另一方面，稀土元素具有上转换发光特性，即在近红外或可见光激发下发射出更高能量的光，故将稀土对TiO₂进行改性，可以拓宽TiO₂吸光区，提高光能利用率，进一步提升光催化活性(参照文献5,6)。因此，如何利用稀土元素改性二氧化钛光催化材料，提升其对目标污染物的吸附能力，实现在可见光下有效的降解气相目标污染物，在利用光催化技术净化空气方面具有重要的应用价值。

参考文献：

文献1：Fernandez L C,Alvarez R F,Gonzalez-Barcala F J,et al.Indoor aircontaminants and their impact on respiratory pathologies.Arch Bronconeumol2013,49,22–27.；

文献2：陆思华,白郁华,张广山,李湉湉.大气中挥发性有机化合物(VOCs)的人为来源研究.环境科学学报,2006,05,757-763.；

文献3：Subramanian V,Wolf,E Kamat,P V.Semiconductor-Metal compositenanostructures to what extent do metal nanoparticles improve thephotocatalytic activity of TiO₂films？The Journal of Physical Chemistry B2001,105,11439-11446.；