[发明专利]基于原位裂解技术的纳米光触媒的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于原位裂解技术的纳米TiO₂@C光触媒的制备方法,该方法包括以下步骤：制备或获取钛源，为原料；将原料、果糖及表面活性剂混合，在恒温下搅拌进行表面接枝反应，反应后离心处理，得白色表面改性TiO₂沉淀，将TiO₂沉淀进行洗涤和干燥，即得白色纳米TiO₂粉末；将纳米TiO₂粉末置于惰性气氛热处理设备中，升温至350～400℃，保持炉内温度1～5min进行退火，形成表面原位生长碳层的TiO₂复合颗粒，既得灰色TiO₂@C纳米光触媒。本方法具备操作简单、设备要求低、重复性和成功率高的技术特点，制备过程安全且无污染，制备的光触媒产品对紫外光响应好，耐候性佳。

技术领域

本发明涉及一种光触媒材料制备技术，属于光触媒材料制备技术领域；具体涉及一种基于原位裂解技术的纳米TiO₂@C光触媒的制备方法。同时，本发明还公开了一种基于上述基于原位裂解技术的纳米TiO₂@C光触媒的制备方法制备的环保型紫外光响应纳米光触媒。

背景技术

光触媒催化技术是现代室内污染防治主要技术之一。光触媒是一种以纳米级二氧化钛(TiO₂)为代表，在光子的激发下能够起到催化作用的光半导体材料的统称。光触媒可涂布于基材表面，在紫外光及可见光的作用下，产生强氧化性的羟基自由基和负氧离子，产生的强烈催化降解功能，能达到去除甲醛、除臭、抗污、净化空气等效果。

紫外光催化材料是紫外光催化的关键因素，而TiO₂作为光催化剂存在两个主要的限制因素：

其一，纯TiO₂本身呈白色，对光波具有较强的反射作用，此外，由于其3.2eV的禁带宽度，只能吸收少量的光波，这就限制了纯TiO₂对光波的吸收效率和转换效率。且由于TiO₂能够吸收光波的频率低于紫外频率(5×10¹⁵～1×10¹⁶Hz)，且在自然环境中紫外光占比较低，不足自然光的10％，故需要通过改性纯TiO₂增加其对紫外光的吸收率。其二，纯TiO₂在较强的酸性或碱性环境下会失去活性，不能应用于条件恶劣的环境中，这就大大限制了纯TiO₂的使用范围。

中国专利201910982179.8公开了一种一维金属掺杂金红石二氧化钛纳米线的制备方法，通过配置钛源、氯化钠、磷酸氢二钠和金属盐的混合物粉体，经过高温熔融生长、沸水中清洗离心除杂、最后真空干燥，得到一维金属掺杂金红石TiO₂纳米线。此方法通过掺杂能够拓展金红石TiO₂纳米线在可见光的吸收范围，部分提高其光催化活性。通常情况下，在纯TiO₂上负载贵金属Pd、Au等也是一种改进的方法，但是贵金属的价格较高限制了该方法的应用。

中国专利201910986445.4采用了一种改进水热法来制备锐钛型纳米二氧化钛粉体，此专利，通过控制反应溶液的PH值，水热晶化的反应温度及热处理时间控制，可以制备均匀性高、平均粒径小于100nm，晶型稳定的锐钛型纳米TiO₂粉体，能在一定程度上提高产物的光催化活性和活性的稳定性。但由于此方法利用浓硫酸提供强酸环境，操作较危险，易造成污染，不利于大批量或工业化生产；并且此法所得二氧化钛粒径偏大，在溶液中容易团聚形成沉淀，不利于催化反应进行。

中国专利CN01117336.X公开了一种在空气中以约400℃的温度煅烧氢氧化钛后获得二氧化钛的方法，通过此法可以获得较为洁净的二氧化钛，但是存在操作复杂、单次产量少、不利于大批量生产等短板。

因此，本发明需要设计一种安全高效、无污染、成本低且可大批量生产的高效光触媒制备方法，以弥补现有技术的不足。

发明内容