[发明专利]用于催化氧化的金属/二氧化钛催化剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及到一种用于催化氧化耦合技术用于降解有机废水工艺的金属/二氧化钛(M/TiO₂)催化剂及其制备方法。

背景技术：

随着现代化学工业的不断发展，通过各种途径进入水体中的难降解有机物的数量和种类急剧增加，对水环境造成了严重的污染，直接威胁着人类的健康。这些有毒有机化学品的环境危害性的重要方面表现在化学致癌、致畸、致突变效应，即以生态食物链毒理学效应、环境“雌性化”效应、促发赤潮及藻毒素效应等。在水处理工程中，含难降解有机物的废水通常难以采用生物法处理，其稳定的化学结构及生物毒性阻碍了微生物的代谢作用，因而难降解有机物废水的处理成为水处理领域研究的热点和难点，一般多采取化学、物化或高级氧化技术等将之去除。光催化作为今年来研究较多的高级氧化技术，能够有效破坏许多结构稳定、难于生物降解的有机污染物，而且无二次污染物，在处理含难降解的有机物的工业废水处理方面具有良好的前景，世界各国均非常重视光催化氧化技术的研究及应用。

目前，制备纳米二氧化钛的方法主要有：氢氧焰高温水解发，TiCl₄气相氧化法，烷氧基钛气相水解发和液相水解法等，但是这些方法普遍存在投资高、技术难度大、生产周期长何产率等缺点。并且普通光催化剂TiO₂存在一定缺陷，如带隙较宽，仅能吸收紫外光，对太阳光利用率低，光生载流子的负荷率高，光催化效率较低。在光催化氧化过程中还存在反应时间长，光能利用率不高，成本高等缺点。这些缺点严重制约了该技术在实际中的应用，虽然有专利对其进行改性，如中国专利《负载型银改性二氧化钛光催化剂的制备方法》(授权公告号CN100360227C)和《多功能TiO₂改性光催化剂的制备方法》(公开号：CN101028592)，但是制作方法要求较高，催化氧化效果不够强，并且催化剂光催化氧化反应所需时间仍较长，故制作方法简单，光催化活性较高，和使其光催化氧化反应时间缩短是当前亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决普通光催化剂催化效率不高，催化时间较长和部分改性催化剂制作方法复杂等问题，而提供一种一种用于催化氧化的金属/二氧化钛(Metal/TiO₂简称M/TiO₂)催化剂，本发明的另一个目的是提供上述催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种用于催化氧化的金属/二氧化钛(Metal/TiO₂简称M/TiO₂)催化剂，其特征在于由金属和二氧化钛组成，金属与二氧化钛的摩尔比为0.05∶1-10∶1，其中所述的金属至少为锰、铁、铜、锌、钒、铑、钯、金或铂中的一种。

本发明还提供了上述的M/TiO₂催化剂的制备方法，其具体制备步骤如下：

A、金属来源盐溶解在乙二醇中，得到金属盐溶液，金属盐溶液的摩尔浓度为0.001-5mol/L；

B、配制钛来源溶液，其摩尔浓度为0.001-10mol/L；

C、将步骤A制得的金属盐溶液与步骤B配制的钛来源溶液混合后，再加入稳定剂和结构指导剂，得到混合溶液；

D、用超声辐照分散混合溶液，再用电磁波辐照该溶液；

E、在辐照和回流条件下，边搅拌边加入碱液，碱液加入完毕后继续电磁波辐照回流并搅拌；

F、将溶液冷却、过滤，将沉淀物用丙酮洗涤再用去离子水洗涤，烘干，即得到所需催化剂。

步骤A中所述金属来源盐至少为锰、铁、铜、锌、钒、铑、钯、金、铂的硝酸盐或硫酸盐的一种，将其一种或几种溶解在乙二醇中，得到金属来源溶液。步骤B中所述的钛来源为四氯化钛、硫酸钛或钛酸丁酯。

其中步骤C中所述的稳定剂为醋酸钠或碳酸氢钠，其摩尔浓度为0.001-0.5mol/L之间，稳定剂的加入量为以每升钛来源溶液为基准加入1-500mL；结构指导剂为三烷基胺或氢氧化四烷基铵的一种或其混合物，摩尔浓度分别为0.001-5mol/L，结构指导剂的加入量以每升钛来源溶液为基准加入1-600mL。

步骤D中所述的用超声使溶液分布均匀，超声频率为25KHz-130KHz之间，使用时间为5-60min，然后用频率为520MHz-280GHz的电磁波辐照该溶液，电磁波输入功率为100W-20000W，辐照时间为1min-30min。