[发明专利]一种氧化锆基吸附光催化剂的制备方法及该光催化剂

说明书

本发明公开了一种氧化锆基吸附光催化剂的制备方法，它涉及一种同时具备的吸附以及光催化性能的催化剂的制备方法。通过以氧氯化锆、柠檬酸、聚乙二醇、蒸馏水、正硅酸乙酯为原料配置一定比例的硅锆溶胶；加入一定量的PS球后制备复合溶胶，经过干燥、热处理获得多孔结构的氧化锆‑二氧化硅(SiO₂‑ZrO₂)复合光催化剂。该催化剂经过暗反应75min后，对罗丹明B的吸附率可达90％，在光反应165min后，罗丹明B降解率达到95％以上。利用本发明可解决可见光催化剂对染料污染物的吸附效率低、催化活性差，以及现有的制备方法复杂、制备成本高的问题。

技术领域

本发明属于光催化剂制备技术领域，特别涉及一种氧化锆基吸附光催化剂的制备方法及该光催化剂。

背景技术

众所周知环境问题和能源危机是当今社会的两大难题，1972年Fujishima和Honda首次发现在单晶TiO₂电极上能够进行光催化分解水制氢，1976年Carey等人也成功地将TiO₂用于光催化降解水中有机污染物，在此之后光催化的应用迅速受到了各国环境和能源研究者的普遍关注。

传统的光催化剂主要指一些氧化物半导体光催化剂，如TiO₂，ZnO₂、TiO₂、ZnO、WO₃、CdS等。除了TiO₂、ZnO等，ZrO₂作为一种典型的结构和功能材料，在催化剂、催化剂载体、吸附剂等领域有广泛的应用。此外，ZrO₂作为一种天然的n型半导体，由于其具有相对较宽的Eg值(～5eV)和高的导带电位值(～-1.0eV)，使其在光化学异质反应中具有较大的应用前景。近年来，ZrO₂基光催化剂已逐渐成为各国学者研究的热点。

目前，由张燕杰等人公开的水热法制备大比表面积多孔ZrO₂催化剂载体，研究了以十六烷基三甲基溴化铵、八水氧氯化锆和尿素为原料，经130～200℃水热反应3～48h获得ZrO₂介观晶体，该方法所制得的ZrO₂介观晶体内部多孔，BET比表面积高达126～157m²/g。但是该方法工艺周期长，反应过程无法控制，样品产量低，难以推广使用。

由宋利等公开的利用水热法以及氢气氛围焙烧制备双介孔型ZrO₂催化剂载体，并进一步负载Au获得改性Au-ZrO₂催化剂。该方法可提高催化剂的比表面积、减少平均孔径，显著提高催化剂的催化活性。但是该方法工艺复杂，原料成本高，不适宜批量化生产。

文献“Zirconium dioxide nanopowders with incorporated Si⁴⁺ions asefficient photocatalyst for degradation of trichlorophenol using simulatedsolar light”报道了利用水热法结合热处理工艺制备硅改性的二氧化锆光催化剂。以氧氯化锆和正硅酸乙酯为原料，在150℃下水热反应24h后，600℃下热处理3h得到改性的二氧化锆光催化剂。该催化剂在可见光下对污染物的降解效率得到了明显的改善，但是仍存在制备工艺复杂，对污染物的吸附效率低，降解效率低的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术原料成本高、工艺周期长、反应过程不易控制，样品催化活性差，以及现有的制备方法复杂、成本高等诸多缺点，本发明的目的在于提供一种氧化锆基吸附光催化剂的制备方法及该光催化剂，即采用溶胶-凝胶技术结合热处理工艺，将二氧化硅与二氧化锆进行复合，制备多孔SiO₂-ZrO₂复合材料，从而显著地增加材料的比表面积，提高材料对污染物的吸附性能，增加活性位点，提高材料对光的吸收和利用效率，进而提高材料的光催化效率，从而得到一种高性能的氧化锆基吸附光催化剂。