[发明专利]氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料及其应用

说明书

本发明涉及一种氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料及其应用。该纳米二氧化钛材料是：在纳米二氧化碳表面包覆有氮掺杂碳材料，所述的纳米二氧化碳与氮掺杂碳材料的质量比为：1:1～1:3；所述的纳米二氧化钛的粒径为20～80nm，所述的氮掺杂碳材料是：由吡咯、吡啶、石墨、无定形碳等化学结构组成。本发明的氮掺杂碳材料本身具有较高的氧还原催化活性，通过氮掺杂碳材料对纳米TiO₂进行原位包覆改性，不仅能够提高纳米TiO₂的分散性和光催化稳定性，而且提高其吸附性，从而提高其催化性能与效率。在此基础上，将氮掺杂碳包覆的纳米TiO₂分散在水中，对纺织品进行浸渍，得到空气自清洁纺织品，具有技术优势和创新性。

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料及其应用。

背景技术

空气中的污染物主要是挥发性有机化合物，包括汽车尾气、工业排放的有害气体、室内家具释放出的醛类有害气体、吸烟时产生的刺激性气体等。将纳米TiO₂整理到室内纺织品上，如地毯、窗帘和垫子等，或者整理到汽车内装饰材料上，可利用光催化特性降解室内空气环境中的有害物质，这对于改善人们的居住生活环境，提高人们的健康水平具有十分重要的意义。因此，空气净化纺织品的研究与应用具有显著的经济价值和社会价值。

纳米TiO₂具有优异的光催化特性，但是纳米TiO₂粉体在应用过程中存在分散性差及催化性能下降的问题，目前纳米TiO₂的改性方法有通过化学或物理的方法提高其分散性，以及与纳米SiO₂掺杂改性等方法，对于纳米TiO₂的分散性及应用性能有显著改善，但工艺复杂，实际应用难度较大。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料。

本发明的目的之二在于提供氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供该氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料作为光催化剂在降解有机化合物中的应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料，其特征在于该纳米二氧化钛材料是：在纳米二氧化碳表面包覆有氮掺杂碳材料，所述的纳米二氧化碳与氮掺杂碳材料的质量比为：1:1～1:3；所述的纳米二氧化钛的粒径为20～80nm，所述的氮掺杂碳材料是：由吡咯、吡啶、石墨、无定形碳等化学结构组成。

一种制备上述的氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将同时含有氮元素和氧元素的有机化合物溶于去离子水或1mol/L的HCL溶液中，形成3～10wt％的水溶液；然后在水溶液中按照纳米TiO₂与同时含有氮元素和氧元素的有机化合物质量比1:1～1:3的比例，加入纳米TiO₂，搅拌使之混合均匀；然后将所得混合物在120～150℃的烘箱中干燥8～10h，将水分去除；

b.将步骤a得到的混合物，在惰性气氛下，在700～1000℃条件下热处理8～12小时，得到黑色粉末，即氮掺杂碳材料包覆的改性纳米TiO₂。

上述的同时含有氮元素和氧元素的有机化合物为：壳聚糖、明胶、酚醛胺、三羟甲基氨基丙烷或三羟甲基三聚氰胺。

一种上述的氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料作为光催化的应用。

一种上述的氮掺杂碳材料包覆的纳米二氧化钛材料作为光催化在降解有机化合物的应用。