[发明专利]一种负载型光催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载型光催化剂及其制备方法和用途，具体为将光催化剂负载在玻璃珠表面，以及使用该负载型催化剂降解气态苯。

背景技术

苯是最简单的芳香烃，其化学性质稳定，挥发性大，暴露于空气中很容易扩散。室内苯来源广泛，油漆、涂料、粘合剂、装饰板材等装饰材料的挥发物中都含有苯。由于苯对人类身体健康的严重威胁，国际癌症研究中心(IARC)已将苯列为一类致癌物。

苯属于室内常见的挥发性有机物(VOCs)，针对这类气态污染物，目前常用的处理技术有冷凝法、物理吸附法和紫外光(催化)降解法等。冷凝法受污染物性质影响，对于低沸点化合物去除较为有效，但对于高沸点化合物去除效果较差，且耗能高；物理吸附法效果好，但吸附材料吸附容量有限，饱和即失效；紫外光降解法简单高效，但能耗较高。

紫外光催化降解多利用TiO₂等做催化剂，它可以去除大多数有机物，且能同时起到杀灭细菌、病毒的效果，但存在光激发产生的电子与空穴非常容易复合，量子效率低，只能被紫外光激发，而对占到达地面太阳光总能量绝大部分的可见光不能利用等问题。目前，研究者主要从两个方面解决此问题：1)修饰和改性TiO₂，提高空穴-电子的分离及移动速度，改善其光催化活性，扩展其有效光频率响应范围，提高太阳光的利用效率；2)开发新型光催化剂，使其具有高的光催化活性，且能在更大的光谱范围内被激活。

多元复合金属氧化物具有多样的晶体结构和电子结构，响应可见光激发的能带结构和高的光生载流子移动性，被作为潜在的高效光催化材料得到了广泛研究。钛酸铋化合物即属于这类化合物，它由Bi₂O₃和TiO₂复合而成，具有多种晶相结构，可形成Bi₄Ti₃O₁₂、Bi₂Ti₂0₇、Bi₂Ti₄O₁₁、Bi₁₂TiO₂₀、Bi₂₀TiO₃₂等一系列化合物，通称为钛酸铋化合物。目前，文献报道制备钛酸铋光催化剂主要采用化学溶剂分解法和水热法。研究显示两类方法制得的钛酸铋均具有较宽的光谱效应范围，尤其是Bi₁₂TiO₂₀，其吸收光谱范围相对已商业化的P-25(TiO₂)催化剂可红移120～130nm，催化剂颗粒光谱吸收边值超过500nm，显示了在可见光区进行光催化反应的能力，目前已有用于甲基橙等污染物降解的相关报道，但尚无报道用于苯的光催化降解研究。

另一方面，分散型的光催化剂在使用过程中存在气阻大、不宜回收、易中毒等缺点，将催化剂负载在基体材料上进行光催化反应，不仅可以实现有机物的高效去除，而且回收方便，便于进行再生。负载基体材料可以是金属片(板)、玻璃片(板)、硅胶、玻璃珠等，其中用玻璃珠负载基体具有材料简单易得、成本低、易填装使用和回收等优点，在光催化净化技术实际应用方面有开发潜力。

发明内容

基于以上考虑，本发明目的在于提供一种负载型宽光谱光催化剂、其制备方法以及利用所制得的光催化剂降解气态苯的用途。该方法可以既保持光催化剂降解能力强，效率高的优点，又可以克服其阻力大、不易回收利用的不足，并实现气态苯的高效去除。

本发明提供了一种制备负载型光催化剂的方法，该方法包括步骤：

1)玻璃珠预处理

将待处理的直径为0.3～0.5cm的玻璃珠浸没于质量浓度为4％的氢氟酸溶液中，在40W功率下超声2小时后取出，用去离子水冲洗，再用无水乙醇超声处理15分钟后烘干称重备用；

2)催化剂前体溶液制备

将29.1g五水硝酸铋加入至50ml冰乙酸中完全溶解后，加入80ml乙二醇单甲酯调节溶液的表面张力，充分混合均匀后，再加入5ml乙酰丙酮作螯合剂以使溶液稳定，最后加入钛酸四丁酯1.65g，剧烈搅拌1小时后，经0.2μm滤膜过滤获得清澈的淡黄色催化剂前体溶液；

3)催化剂负载

将步骤1)所得的玻璃珠浸没于步骤2)所得的催化剂前体溶液中10分钟后迅速烘干，所述的烘干条件为250℃，20分钟，重复步骤3)所述的浸渍-烘干过程3次以上，然后将玻璃珠加热，按5℃/分钟的速率升温至550℃后保持30分钟，冷却后即得负载型钛酸铋光催化剂。