[发明专利]一种激光改性二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光改性二氧化钛光催化剂的制备方法，属于环境污染治理和新能源研究技术领域。

背景技术

纳米二氧化钛光催化技术是近几十年发展起来的一项污染防治新技术，具有高效节能、清洁无毒、无二次污染和工艺简化等优点，有望成为21世纪环境污染控制与治理的理想技术。二氧化钛唯一的弱点是不能用于可见光，光催化量子效率低，制约了二氧化钛光催化的实际应用。以二氧化钛为代表的光催化材料及其修饰和改性成为近年来研究的热点，二氧化钛光催化剂的修饰和改性为进一步提高光催化的效率提供了新的途径，目前主要有以下几种方法：

(1)贵金属沉积：半导体表面与贵金属接触时，光生电子从费米能级较高的n-半导体转移到费米能级较低的贵金属，直至它们的费米能级相同，这个过程形成的肖特基势垒成为捕获光生电子的有效陷阱，从而抑制了电子与空穴的复合；

(2)过渡金属掺杂：过渡金属的离子是电子的有效接受体，它的掺杂可在半导体表面引入缺陷位置，捕获导带中的电子，减少二氧化钛表面光生电子和空穴的复合几率；

(3)复合半导体：此方法可看作一种颗粒对另一种颗粒的修饰，两种半导体之间的能级差能使光生电子和空穴形成有效的分离。包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等；

(4)离子掺杂：利用物理或化学方法，将离子引入到TiO₂晶格结构内部，从而在晶格中引入新电荷、形成缺陷或改变晶格类型，影响光生电子和空穴的运动状况、调整其分布状态或者改变TiO₂的能带结构，最终导致TiO₂光催化活性发生变化。

(5)光敏化：通过添加适当光活性敏化剂，使其以物理或化学状态吸附于TiO₂表面。这些物质在可见光下具有较大的激发因子，在可见光照射下，吸附态光活性分子吸收光子被激发，产生自由电子，然后激发态光活性分子将电子注入到TiO₂导带上，扩大了TiO₂激发波长的范围，提高了长波辐射光子利用率，是提高TiO₂光量子效率的主要途径之一。

(6)表面鳌合及衍生作用：表面衍生作用及金属氧化物在TiO₂表面的鳌合可进一步改善界面传递效果，进而影响TiO₂光催化活性。

(7)表面还原处理：还原性气体对TiO₂进行热处理可在其表面产生更多Ti³⁺，在TiO₂表面形成合适的钛羟基和Ti³⁺的比例结构，促进电子和空穴的有效分离和界面电荷转移，从而提高光催化活性。

(8)超强酸化：通过对TiO₂超强酸化，使催化剂结构明显改善，有效地抑制了晶相转变，使得具有光催化活性的TiO₂晶粒粒度变小，比表面积增大，表面氧缺陷位增加。表面缺陷为增加则导致催化剂对O₂的吸附能力增强，有效地降低了光致电子和空穴的复合率，达到提高光催化效率的目的。

这些方法都是在二氧化钛光催化剂的制备或使用的过程中加入一定量的金属、半导体材料或氧化剂，提高了二氧化钛光催化剂制备和使用的成本，而且工艺更加烦琐复杂，加重环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光改性二氧化钛光催化剂的制备方法，该方法工艺简单，易于操作，既可在实验室操作，也可用于工业规模生产。制得的二氧化钛光催化剂薄膜透光性好，光催化效率高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种激光改性多孔二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：用含有0.3-0.5g/l醋酸、0.05-0.15g/l平平加、0.2-0.4g/l吐温20、0.3-0.5g/l净洗剂的溶液在60-70℃下处理多孔涤纶纤维网表面20-40min，加0.4-0.6g/L小苏打中和，水洗，将6-10g/l涤纶纤维保护剂溶液涂在多孔涤纶纤维网上，涂布厚度为0.05mm-0.1mm，在60～90℃下烘干10-20分钟，自然冷却，其中，涤纶纤维保护剂溶液的溶剂为质量比为10：1-5：1的乙醇和水；