[发明专利]一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用。本发明的制备方法包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。本发明将第一混合液与第二混合液混合，钛源遇水发生水解，得到胶状物；之后将胶状物在氮气条件下进行煅烧，煅烧过程在二氧化钛表面会形成氧空位，同时生成Ti³⁺，使二氧化钛的带隙变窄，从而可以吸收利用可见光，有效去除水体中的有害藻。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

目前，湖泊水体富营养化现象日益严重，而蓝藻水华爆发是水体富营养化的重要表征，也是我国乃至全世界最为严重的水环境问题之一。我国66％的淡水湖泊和水库常年遭受蓝藻水华的侵害。水华的产生可以造成鱼类及水生动物等窒息死亡、有毒气体的产生和水体生态系统功能的丧失等，直接危害人类健康。有害藻类的防控技术主要包括物理法、化学法和生物法，但这些传统的除藻技术都存在不足之处，致使水华藻类的防控过程尤为艰难，任重道远。

纳米材料光催化技术为水环境污染的治理提供了新的思路，大量研究表明，利用纳米材料光催化过程可以成功抑制水华蓝藻的生长，甚至逐步降解藻细胞及有害代谢产物，其中TiO₂因具有成本低廉、无毒害、效率高等独特的性能得到了广泛研究。但TiO₂的带隙较宽，光吸收范围局限在波长小于387nm的紫外光区，从而限制了TiO₂的光能利用率，尤其是不能充分利用自然界中丰富的可见光。目前，TiO₂的改性研究重点在于拓宽其可见光谱响应范围以增加光能利用率，但从目前的研究成果看，可见太阳光能的利用率并不高，亟需创新的改性制备方法提高可见光的利用率，以加快光催化技术在控藻抑藻方面的推广应用。

黑色二氧化钛的出现克服了上述问题，具有优异的可见光吸收性能和表面反应活性，因此具有更强的光催化特性。黑色二氧化钛的代表性制备方法有氢气还原法、铝热还原法、溶液蒸发法，但是上述方法存在安全隐患和对设备要求高等弊端。如何利用温和简单的方法制备能带窄、缺陷多的黑色二氧化钛是促进光催化技术在除藻领域应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用，本发明制备的黑色二氧化钛光催化剂带隙较窄，可以充分吸收可见光，能有效去除水体中的有害藻，且制备方法简单、温和。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；

将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。

优选的，所述钛源包括钛酸四丁酯或四氯化钛；所述抑制剂包括浓盐酸或浓硝酸。

优选的，所述水解反应的混合体系中，钛源、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比为(3.0～4.0)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。

优选的，所述第一混合液中还包括尿素；当第一混合液中还包括尿素时，所述水解反应的混合体系中，钛源、尿素、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比为(3.0～4.0)：(0.28～1.11)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。

优选的，所述水解反应过程中采用玻璃棒进行搅拌，水解反应的时间为1～3min。

优选的，所述煅烧的温度为400～600℃，保温时间为2～4h。