[发明专利]一种高效光催化氧化VOCs的催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效光催化氧化VOCs的催化剂的制备方法，利用还原态二氧化钛纳米管内腔的微纳空间，将催化活性组元高度分散在还原态二氧化钛纳米管内腔的孔道中，抑制催化剂的团聚和烧结，同时通过表面修饰或改性来进一步调节纳米管内活性组元的氧化性来提高催化性能和稳定性，有利于在光照射条件下高效光催化氧化VOCs转化为二氧化碳和水，起燃温度降低，催化燃烧速度加快，大大缩短了处理时间，降低了能耗，提高了效率。

技术领域：

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种高效光催化氧化VOCs的催化剂的制备方法。

背景技术：

挥发性有机物(VOCs)由于其扩散性强、毒性大、来源广泛等特点，严重威胁着人类生命安全和动植物赖以生存的自然环境。目前VOCs的处理方法主要有吸附回收、膜分离回收、冷凝回收、光/热催化氧化处理、热焚烧处理、生物降解以及低温等离子体氧化处理。光催化氧化和催化燃烧氧化技术是目前最具发展前景的处理技术之一。但热催化处理温度较高，能耗较大，而光催化温和但效率较低。因此开发中低温(150℃～300℃)光热协同催化氧化VOCs技术是今后的发展方向。实现中低温高效持续催化氧化VOCs的关键在于高效稳定催化剂的研发。目前催化氧化反应所使用的催化剂活性组元主要为贵金属(Au、Pd、Ru、Pt、Ag)以及金属氧化物(MnO_x，In₂O₃、CeO₂，WO₂，V₂O₅，Cr₂O₃，Fe₂O₃，Co₃O₄，NiO，CuO，La₂O₃和ZrO₂)。其中，过渡态金属氧化物基催化剂具有价格低廉并且性能稳定等优点，但是其催化效率偏低且难以提升；贵金属基催化剂虽然比较高效，但是其价格相对较高，未加以改性的贵金属基催化剂在反应过程中容易发生中毒且在高温下易发生颗粒团聚，导致失活。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高效光催化氧化VOCs的催化剂的制备方法，利用空间限域效应以及电子调变理论，将催化氧化活性组元内嵌于还原态的二氧化钛纳米管内腔的孔道中，并通过二氧化钛纳米管表面修饰或改性来进一步调节管内活性组元的氧化性，解决了现有技术存在的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种高效光催化氧化VOCs的催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)水热法制备二氧化钛纳米管：将二氧化钛纳米粉加入到9-15moL/L的氢氧化钠溶液中，100～180℃搅拌下进行水热反应24～48h，自然冷却到室温，过滤、去离子水洗涤至洗液PH为7，将0.1～0.5moL/L的盐酸溶液加入到上述粉体中，搅拌5～10h，再次用去离子水洗涤至洗液PH为7，过滤，最后将所得粉体在60～100℃条件下干燥24-36h，然后在马弗炉中焙烧，升温速率为0.5～1℃/min，升温至200～400℃，保温1～10h，得到二氧化钛纳米管，记为TiO₂NTs；

2)还原二氧化钛纳米管：二氧化钛纳米管用0.5～2M硼氢化钠水溶液还原反应5～720min，将反应后的产物抽滤后并用去离子水和乙醇清洗多次，最后放置于60～100℃烘箱中干燥10～20h得到还原态二氧化钛纳米管；或，二氧化钛纳米管放置于焙烧坩埚中，随后将其放置于气氛炉中，在氢气气氛下焙烧，反应温度为200～300℃，反应时间为60～720min，反应后冷却到室温得到还原态二氧化钛纳米管，记为H-TiO₂NTs；