[发明专利]一种共掺杂TiO2

说明书

本发明公开了一种无贵金属掺杂、成本低、制备简单、在可见光照射下具备高光催化活性的过渡金属与卤族元素共掺杂TiO2催化剂的制备方法。该方法以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶‑凝胶技术，以无水乙醇作为溶剂，以乙酰丙酮作为水解抑制剂，掺杂Fe3+离子和I‑离子对TiO2催化剂进行共掺杂改性。本发明的共掺杂TiO2光催化剂将光催化所需的光波段由紫外光波段扩展到可见光波段，提高了其在可见光下的光催化活性和效率，降低了使用光催化技术降解VOCs的运营成本。

技术领域

本发明涉及一种掺杂改性型TiO₂光催化剂及其制备方法，属于光催化技术领域，适用于在可见光条件下对VOCs的催化降解。

背景技术

VOCs是对流层臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物，也是驱使大气氧化物增强的重要因素，可在大气中形成光化学烟雾。VOCs的排放不仅造成了资源的极大浪费；而且VOCs可以通过呼吸道和皮肤进入人体后，对人体的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性或者永久的损伤，VOCs的排放还对农林和畜牧等行业造成危害。

在VOCs治理领域，光催化降解技术正逐渐成为传统治污技术的补充和完善，显示出广阔的前景。该技术最大的优点在于降解反应在常温常压下就可以进行，能彻底破坏空气和水中的污染物，使之完全矿化为CO₂、H₂O等无害物质，避免了二次污染的产生。但光催化本身存在着限制条件：光催化剂的选择，光催化剂本身的性质极大的影响了VOCs的处理效率。光催化剂大都是n-型半导体，其中又以TiO₂应用最广，但TiO₂本身的禁带宽度大，可吸收光子的波长范围窄，且TiO₂反应过程中光生电子-空穴复合问题严重，光量子利用率低。

综上可知，制备可以降低TiO₂光催化剂的禁带宽度、增加可吸收光子波长范围、抑制光生电子-空穴复合、提高光子利用率共掺杂TiO₂光催化剂具有广泛的应用前景和重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以降低TiO₂光催化剂的禁带宽度使光催化吸收光区由紫外光区拓展到可见光区、抑制光生电子-空穴复合进而提高光子利用率的掺杂TiO₂光催化剂。

为实现上述目的，本发明提供一种在可见光下对VOCs有效去除的共掺杂TiO₂光催化剂，是根据以下制备方法制得的。共掺杂TiO₂光催化剂制备原材料中，Fe³⁺离子、I^-离子、Ti⁴⁺离子的摩尔比为0.002~0.005:0.10~0.15:1；钛酸四丁酯溶液、乙酰丙酮溶液、去离子水、无水乙醇的体积比为1:0.08:0.15:4。

本发明还公开了一种在可见光下对VOCs有效去除的共掺杂TiO₂光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）：取Fe(NO₃)₃•9H₂O固体、钛酸四丁酯溶液、乙酰丙酮溶液加入到无水乙醇中，进行磁力搅拌；

步骤（2）：取KI固体、无水乙醇、乙酰丙酮溶液加入到去离子水中，对混合液进行磁力搅拌；

步骤（3）：将通过步骤（1）得到的混合液匀速滴加到通过步骤（2）得到混合液中，持续进行磁力搅拌；

步骤（4）：将完全混合后的溶液用硝酸调节pH，磁力搅拌一段时间后，静置形成红棕色凝胶；

步骤（5）：将红棕色凝胶置于离心管中，加入离心溶剂，置于离心机中离心，离心结束后迅速将上清液倒出，重复该步骤（5）一次；

步骤（6）：将离心后的凝胶置于烘箱中，烘干后研磨，过筛网；