[发明专利]一种新型光催化复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型光催化复合材料及其制备方法，本发明在常压下通过均相沉淀法以尿素为沉淀剂，氟钛酸钠或氟钛酸铵为钛源，利用稻壳、稻杆、麦皮、麦秆等材料表面以及边缘具有大量的含氧官能团为成核中心在低温下自组装生成氟碳共掺杂的锐钛型二氧化钛复合材料。本发明工艺简单，主要原料来源于农作物废弃物，节能环保。本发明的光催化复合材料因具有球型结构，能够提升光生电子空穴对的分离能力，大大提高材料对可见光的利用率，在可见光下具有很好的催化性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，特别涉及一种新型光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

一般作为光催化剂的半导体材料大多为金属氧化物、金属硫化物和一些金属氮化物，并且要有足够的禁带宽度发生催化反应才行。光催化材料必须满足材料本身在能带区域H2O/OH˙(E0＝-2.8v)内具有一定的还原能力，而且材料本身须具有一定的稳定性。二氧化钛(Eg＝3.2eV)具有很高的光催化活性、化学及生物惰性、耐化学腐蚀及光腐蚀、成本低廉及原料来源丰富等优点，因此二氧化钛成为光催化材料中研究最广泛、最有前途、最受关注的半导体材料之一。由于二氧化钛的禁带宽度约为3.2eV，只能在太阳光中的紫外光区进行光催化反应，而太阳光谱中紫外光部分只约占4％，很大程度限制了二氧化钛催化材料的使用。氮的掺杂可以使二氧化钛的吸收红移，在可见光下有一定的催化性能，但合成工艺相对复杂。

二氧化钛光催化剂在治理环境污染等领域有广阔的应用前景，但由于二氧化钛光催化剂只有在紫外光的激发下才会有高的催化活性，而紫外光在太阳光中所占的能量份额低于5％，为了充分的利用太阳光，大量的研究致力于拓展二氧化钛的光响应区域以开发出二氧化钛光催化剂在可见光照射下的光催化性能。研究表明在锐钛型二氧化钛光催化剂晶体中掺杂氟元素会使得二氧化钛光催化剂的吸收波长产生红移，从而在可见光区有一定的吸收。而掺杂碳元素也会使得二氧化钛光催化剂的吸收波长产生红移。

现有技术在制备碳掺杂的锐钛型二氧化钛时都采用高温或煅烧的方式进行游离碳的物理掺杂，这是因为无定形的二氧化钛要转变成锐钛型二氧化钛需要高温或煅烧，而碳元素的惨入也要高温或煅烧，通常在900℃以上，而在高温或煅烧的过程中就会破坏碳元素本身特有的结构以及特性。煅烧法制备的碳掺杂锐钛型二氧化钛并不涉及含碳基团的化学掺杂。

现有技术中，锐钛型二氧化钛也可以通过湿热法在固相载体表面沉积制备，湿热法需要在高压反应釜内80～200℃的条件下进行制备，不仅条件苛刻，而且在较低的温度下固相载体无法碳化，没有游离的碳，也就无法在锐钛型二氧化钛沉积形成的同时进行碳掺杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：解决无法在载体表面沉积形成锐钛型二氧化钛的同时进行氟碳共掺杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

一种新型光催化复合材料，由球状锐钛型二氧化钛负载于生物质表面获得；其中，生物质的质量含量为70～98％，所述球状锐钛型二氧化钛的质量含量为2～30％，所述球状锐钛型二氧化钛内掺杂有氟元素和碳元素。

优选地，所述球状锐钛型二氧化钛由钛源通过均相沉淀法于片状生物质表面自组装形成，沉淀条件为常压，加热温度小于等于100℃；所述片状生物质包括稻壳、稻杆、麦皮、麦秆中的至少一种。

一种上述新型光催化复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将生物质进行清洗预处理；

(2)将钛源-沉淀剂-漂白剂水溶液与所述步骤(1)得到的生物质混合后经浸渍得到复合材料前驱体，所述钛源为氟钛酸铵或氟钛酸钠；

(3)将步骤(2)得到的复合材料前驱体常压下加热进行反应；

(4)将步骤(3)得到的光催化复合材料进行洗涤、干燥、粉碎，得到光催化复合材料。