[发明专利]一种高效自响应钛催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效自响应钛催化剂及其制备方法。

背景技术

半导体二氧化钛光催化剂在紫外光照射下，生成强氧化剂OH^-，OH^-和H₂O分子氧化成·OH自由基，而·OH自由基是一种强氧化剂，能氧化水和空气中大多数的低浓度有毒有害有机污染物及部分无机污染物，并将其最终降解为CO₂、H₂O等无害物质，从而它在自洁净、杀菌、空气净化、工业废水处理和自来水深度处理等环保领域中具有非常广泛的应用前景。然而，光催化技术要真正实现大规模工业化应用，成为改善环境和提高人们生活质量的一项新技术，在实际使用很多关键技术还须进一步取得突破。就目前的情况来说，光催化应用技术几乎都存在催化剂的催化活性和效率还不理想和采用外加紫外光光源获得能量激发源，从而导致反应器结构和使用环境受限制等技术难题。

查新资料表明，迄今为止，国内外光催化相关产品在实际应用中，均需配备相应的光源以提供催化剂的能量激发源，高效自响应钛催化剂及其相关技术尚未见报道。

发明的内容

本发明的目的是提供一种高效自响应钛催化剂及其制备方法。它能有效解决光催化剂净化环境效率低和使用条件受限的关键技术难题，推进该技术在绿色环保领域的规模应用。

本发明的技术方案：一种高效自响应钛催化剂，它包括二氧化钛类光催化剂、聚丙烯酸钠、聚氨酯、纯净水，其特征是还包括结构为LaF₃-Yb-Tm的红外-紫外发光粉，它们的重量比依次为1～10∶1～2∶1～2∶70-90∶1-8。

聚丙烯酸钠为分散剂，聚氨酯为成膜剂。

所述二氧化钛类光催化剂可选用二氧化钛、改性二氧化钛的一种或它们的结合。

高效自响应钛催化剂可制备成块体、薄膜、浆料或液态形式备用。

上述高效自响应钛催化剂的制备方法为粉体混合分散配制法：将二氧化钛光催化剂、红外-紫外发光粉、聚丙烯酸钠和聚氨酯加到纯净水中，混和以100-200rpm搅拌1-5h，用高速分散机分散后，分级过滤，制得催化剂溶胶产品；或低温水热法：取偏钛酸或硫酸氧钛等为原料，加纯净水，搅拌2h以上至充分混匀，期间加入红外-紫外发光粉，得浆料A；以喷雾形式向浆料A中缓慢均匀加入1M氨水溶液，调pH值为9～11，之后继续搅拌6～12h，得浆料B；将浆料B用纯净水反复压滤，直至SO₄^2-基本检测不出(以0.5mol/LBaCl₂检验)，且其pH值为7-8，最终得沉淀C；将沉淀C稀释，搅拌1h至充分混匀，并缓慢加入10％HNO₃ 0.5～2L，加完后继续搅拌6h～12h，之后加热到64±2℃，控温保持反应10～30h，放料冷却，过滤纯化，制得催化剂溶胶产品。

将水蒸发可得固体形态，使用时加水还原成液态。

发明原理如下：以灵敏的红外发光粉吸收周围环境中的微弱热能(或其它能量转化的热能，如电能)，储存并转变为红外线慢慢释放，紫外发光粉受到红外线激发发射紫外线，该紫外线激发光催化剂，使之产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形成电子空穴对，生成强氧化剂OH^-，OH^-和H₂O分子氧化成·OH自由基，而·OH自由基是一种强氧化剂，可将水和空气中大多数的低浓度有毒有害有机污染物最终分解为CO₂、H₂O等无害物质，从而实现自响应催化反应。其基本原理揭示(热、电或光)能量、红外线、紫外线、催化与能量转移等内在的化学反应全程变化规律。

本发明的优点和积极效果：二氧化钛类光催化剂与其激子一体合成，大大提高了催化活性和催化效率。由于应用环境中的微弱能量很容易获得，所以催化剂催化氧化自响应效果突出。且该催化剂可进行任意结构(粉体、薄膜、块体和其它)设计，无需配备能量源，使用条件不限，应用广泛。

具体的实施方式

下列实例是对本发明进一步的说明，不应该当作对本发明的限制。

实施例1

粉体合成法：取平均粒径为9nm的锐钛型纳米二氧化钛光催化剂2重量份，红外-紫外线发光粉(LaF₃-Yb-Tm)1重量份，聚丙烯酸钠和聚氨酯各1重量份，加入纯净水90重量份，混和以150rpm搅拌3h，用高速分散机分散后，分级过滤，制得高效自响应钛催化剂溶胶。此溶胶在没有紫外光光源的情况下有较好的催化效果。

实施例2