[发明专利]一种复合纳米磷钨酸-二氧化钛光催化材料及制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光触媒材料，特别是一种可用于室内空气污染治理的复合纳米磷钨酸-二氧化钛光催化材料，同时本发明还涉及一种制备该材料的方法。

背景技术：

近年来，随着人们生活水平的提高，大量新型装饰材料和豪华时尚的现代家具等生活用品不断进入室内，由此所造成的室内环境污染也日趋严重。目前室内主要污染物甲醛、苯、甲苯等可挥发性有机物(voc)严重超标，给人们身体健康带来极大伤害。

关于室内污染物的治理，国内外有多种方法，如：物理法、化学法、生物法、光触媒技术等。其中光触媒技术采用的是纳米级二氧化钛(TiO₂)通过紫外线催化，产生游离电子及空穴，进而产生具有极强氧化作用的活性氧和羟基自由基，进而将空气中的有机污染物氧化成二氧化碳和水。其优点是消除速度快，效果好，持续时间长，基本不产生二次污染，同时光触媒作为催化剂本身不被损耗；缺点是需要紫外光激发，可见光利用率低，室内光线弱会影响催化效果。为了突破光催化氧化技术的瓶颈，有两条技术途径：一是对TiO₂进行改性，在保持TiO₂本身所具有的优点的基础上，使其光催化效应的激发波长红移至可见光波段；二是研制对可见光响应的新型光催化剂。

目前，对于纳米二氧化钛的合成方法报道层出不穷，无论是采用气相合成方法还是采用液相合成方法，众多研究者都致力于制备高分散，颗粒小，结晶度好的纳米二氧化钛粒子。二氧化钛负载Keggin结构的饱和磷钨酸、硅钨酸光催化剂被合成以来，对其研究与应用还不够广泛，已知的研究主要集中在对染料的降解方面，而在室内空气污染治理方面应用较多的还只是二氧化钛光触媒材料。多酸化合物的种类繁多，对其应用性质的研究却相对较少，将不同的杂多酸制备成二氧化钛复合膜，对有机物，及有机污染气体的降解具有一定的应用价值。多酸作为光催化剂，并得到广泛的研究，是由它自身的优点所决定的：多金属氧簇配合物的分子可看作量子级的半导体物质；强酸、强氧化性和高光化学活性；毒性低，不污染环境；活性高，反应条件温和，不腐蚀设备。

发明内容：

为此，本发明的目的在于提供一种复合纳米磷钨酸-二氧化钛光催化材料及制备该材料的方法，以提高传统二氧化钛光触媒材料的光催化性能。

为实现上述目的，本发明主要采用技术方案如下：

一种复合纳米磷钨酸二氧化钛光催化材料，包括二氧化钛溶胶、磷钨酸以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化钛溶胶、磷钨酸以及丙二醇甲醚的质量比为20∶3∶50。

所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。

另外本发明还提供一种复合纳米磷钨酸-二氧化钛光催化材料的制备方法，其中具体包括步骤：

B、取质量比为20∶3∶50的二氧化钛溶胶、磷钨酸以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；

C、将上述复合溶胶保持在300℃温度加热30分钟，得到干凝胶；

D、将上述干凝胶通过机械球磨两个小时得到磷钨酸-二氧化钛复合光触媒材料。

所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。

步骤B之前还包括步骤：

A、制备二氧化钛溶胶。

步骤A具体包括：

a1、将无机钛盐通过水解得到钛酸溶液；

a2、将上述钛酸溶液通过微波沉淀出二氧化钛颗粒，并进行沉淀水洗；

a3、向经过沉淀水洗后的溶液中加入添加剂和催化剂，经分步的温度处理，冷却后，加入沉淀剂，沉淀出非钛类无机杂物，得到纯水性氧化钛溶胶。

步骤B具体包括：将磷钨酸溶解在丙二醇甲醚中，然后缓慢加入到二氧化钛溶胶中，同时在60℃下加热搅拌6个小时，直到形成磷钨酸与二氧化钛复合溶胶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中磷钨酸以W-O-P分子键形式结合成稳定网状结构，该结构降低了钛的氧化还原电位，使二氧化钛复合膜光吸收波长产生红移，提高钛的可见光利用率，而且在后续光催化材料加热处理后，磷钨酸的keggin结构不受影响，仍然维持高的催化活性。

2、本发明中磷钨酸与TiO₂网络之间存在一定的化学作用，使多酸分子被牢固地束缚在TiO₂网络的内部，从而使本发明所述材料具有极高的表面积和耐水性。

具体实施方式：

本发明的核心思想是：取质量比为20∶3∶50的二氧化钛溶胶、磷钨酸以及丙二醇甲醚混合均匀制得复合溶胶；并将该复合溶胶保持在300℃温度加热30分钟，得到干凝胶；然后通过机械球磨制得磷钨酸-二氧化钛光复合光触媒材料。