[发明专利]一种复合型光催化剂Fe-TiO2/SBA-16

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂。

背景技术

随着科技的发展，全球性的污染越来越严重，气候变暖、臭氧空洞、水污染、土地沙漠化等，日益危害人类的生存。因此保护人类的生存环境已引起全社会的普遍重视。污水处理和空气净化也因此成为各国科研工作者重要的研究内容。如何有效地去除在工业废水中的表面活性剂、染料、重金属离子等有毒物质，及大气中的有机废气和有毒气体，成为各研究领域的热门话题。

光催化氧化作为一种高级氧化技术，在处理污水治理、去除有机废气和有毒气体领域得到较快的发展。自从Fujishima提出TiO₂具有光催化效应之后，TiO₂就作为一种重要的功能材料开始被人们研究。TiO₂光催化技术是一种新型高效的废水处理技术，具有氧化能力强、反应条件温和、设备简单、易于控制、无二次污染等优点，其在生物难降解废水治理及生活用水深度处理等方面应用广泛。然而，TiO₂光催化剂的量子效率低和选择吸附性能差，从而抑制了其光催化效率。

发明内容

本发明是为了解决目前TiO₂光催化剂的光催化效率低的问题，提供一种复合型光催化剂Fe-TiO₂/SBA-16。

本发明的复合型光催化剂Fe-TiO₂/SBA-16由SBA-16介孔分子筛、Fe(NO₃)₃·9H₂O晶体、无水乙醇、钛酸四丁酯和去离子水制成；其中SBA-16介孔分子筛与Fe(NO₃)₃·9H₂O晶体的质量比为1∶0.014～0.064，SBA-16介孔分子筛的质量与无水乙醇的体积比为1g∶36～40mL，SBA-16介孔分子筛的质量与钛酸四丁酯的体积比为1g∶3.6～4mL，SBA-16介孔分子筛的质量与去离子水的体积比为1g∶30～34mL。

本发明的原理：TiO₂禁带宽度为3.2eV，其对应的吸收波长为387.5nm，光吸收仅局限于紫外区。在TiO₂晶体中引入金属离子Mⁿ⁺，当Mⁿ⁺/M^(n-1)+能级位于禁带的导带附近时，会形成浅势俘获阱，容易捕获激发到TiO₂导带上的光电子。而当M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺/Mⁿ⁺能级位于TiO₂价带附近时，则形成易于捕获价带空穴的深势俘获阱。两种势阱都能起到分离电子空穴对的作用。Fe³⁺/Fe²⁺能级靠近TiO₂导带，而Fe⁴⁺/Fe³⁺能级靠近TiO₂价带，Fe³⁺离子的掺入使TiO₂同时具有两种势阱，既能作为电子的捕获中心，也能作为空穴的捕获中心，因此Fe³⁺在掺杂光催化方面优于其他金属离子。掺杂铁离子增加了TiO₂对目标降解物的吸附，从而加快降解速率，提高了光催化效率。

三位孔道结构的介孔分子筛SBA-16以其规整的孔道结构和高比表面积的双重优势广泛的被作为催化剂载体应用于多相催化领域。本发明将TiO₂负载于SBA-16的三位孔道内，再进行Fe³⁺的掺杂，合成出的Fe-TiO₂/SBA-16复合型光催化剂，量子效率提高，选择吸附性能好，其光催化效率得到了极大的提高。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。