[发明专利]一种氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用，制备方法包括：（1）将碳纳米模板球分散于无水乙醇中，再加入有机钛源并混合，得到分散液A；（2）将氮源分散于去离子水和乙醇的混合溶剂中，得到溶液B；（3）将溶液B加入到分散液A中，充分搅拌后，再经静置和凝胶，放置于通风橱中陈化处理，得到凝胶颗粒；（4）将所得凝胶颗粒先在160～180℃下水热处理，再于400～500℃下煅烧处理，得到所述氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料。

技术领域

本发明涉及一种高效的二氧化钛基光催化材料及其制备方法和应用，具体涉及一种氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料及其制备和用于降解挥发性有机物的应用，属于光催化技术和大气环境治理领域。

背景技术

伴随着工业化进程的加剧和生产规模的不断扩大，大气污染问题日益严重，严重危害人类健康。其中挥发性有机物(VOCs)是形成大气中二次气溶胶(SOA)的主要前驱体之一，是造成雾霾的主要原因之一^[1]。此外，随着人们物质生活水平的显著提升，对于居住环境质量日益关注，而室内VOCs依然是影响人们健康的主要污染。在已有的多种VOCs去除技术中，光催化氧化法由于其绿色环保、低能耗、广谱性等优势，日益受到广泛关注。光催化氧化技术是利用光能生成具有强氧化性的物质(比如羟基自由基、超氧自由基、电子和空穴等)将吸附在催化剂表面的VOCs分子直接矿化成无毒无害的二氧化碳和水。

二氧化钛(TiO₂)由于其物理化学性质稳定、无毒、催化活性高和来源广泛等优点，被视为最具应用前景的光催化剂之一，已被广泛应用于环境净化领域^[2]。但是二氧化钛依然存在以下3个缺陷，限制其在实际中的应用：(1)二氧化钛是一种宽带隙半导体，其3.2eV的禁带宽度意味着它只能吸收紫外光，光能利用率低^[3]；(2)二氧化钛的量子效率不高，在光照下生成的电子空穴对容易发生复合；(3)二氧化钛吸附能力较差，针对气体净化的应用，吸附更容易成为决速步骤，因此二氧化钛很难应用于高流速或者高浓度的VOCs降解领域^[4]。

参考文献：

[1]B.R.Raju,E.L.Reddy,J.Karuppiah,P.M.K.Reddy,C.Subrahmanyam,Catalytic non-thermal plasma reactor for the decomposition of a mixture ofvolatile organic compounds,J Chem Sci,125(2013)673-678.；

[2]I.Cimieri,H.Poelman,N.Avci,J.Geens,S.D.Lambert,B.Heinrichs,D.Poelman,Sol–gel preparation of pure and doped TiO2 films for thephotocatalytic oxidation of ethanol in air,Journal of Sol-Gel Science andTechnology,63(2012)526-536.；

[3]J.-h.Xu,W.-L.Dai,J.Li,Y.Cao,H.Li,H.He,K.Fan,Simple fabrication ofthermally stable apertured N-doped TiO2 microtubes as a highly efficientphotocatalyst under visible light irradiation,Catalysis Communications,9(2008)146-152.；