[发明专利]可见光下具有光催化活性的TiO2催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及在可见光下对染料具有高催化活性的TiO₂催化剂的制备方法，所制得的催化剂可用于环境中有机染料污染物的降解, 属于纳米材料领域。

 

背景技术

TiO₂作为一种半导体，在光照下可降解矿化有机污染物，因此它在环境治理上具有广阔的应用前景。但是由于受材料结构、物理性质的限制，TiO₂光催化剂不能有效利用太阳光中的可见光，同时其光催化降解速率较慢，这些都极大的限制了TiO₂在工业生产、生活中的应用。为了提高TiO₂对可见光的响应及光催化活性，人们通常利用离子掺杂、负载半导体和氧化物、染料敏化等方法来对TiO₂改性以提高其光催化性能。

CN1686609披露了一种采用α-Fe₂O₃敏化改性的高比表面积TiO₂纳米片，提高了材料对染料的吸附及在可见光下对亚甲基蓝染料的降解能力，但是CN1686609没有公开所用材料对染料的吸附值以及循环降解性能。

CN1810356A披露了一种制备气凝胶TiO₂的方法，所述材料在紫外光下表现出比商用P25光催化剂高近三倍的活性，但该专利没有公开所述的TiO₂催化剂在可见光下的催化活性以及对染料的吸附性能。

CN101966450A披露了TiO₂纳米颗粒与一维纳米材料复合的方法，以期达到促进TiO₂电子空穴的分离降低二者的复合来提高光催化活性。

CN1416948A披露了一种利用偏钛酸为原料制备TiO₂和氧化铝的复合光催化剂，制得的催化剂晶粒尺寸为10-20nm。CN1416948A没有公开所述催化剂在可见光下的光催化性能以及对染料的吸附、降解活性。

CN101011660A披露了一种两种金属离子共掺杂的TiO₂的制备方法，所述的TiO₂在高压汞灯照射下对染料的降解表现出高活性。但由于所用光源含有紫外光部分，因此其专利所述的TiO₂在可见光下的降解性能不能单独评价。

    CN102161006A披露了由多元素组成的一种纳米非晶催化剂，在模拟太阳光下对偶氮类染料可有效降解，但其没有披露所用材料仅在可见光下的光催化性能。

染料吸附在TiO₂表面会发生染料自敏化的光催化，促进光催化效率的提高。Cheng等(Cheng, Y. H. Huang, et.al. Chemistry - A European Journal2011, 17, 2575)研究发现具有TiO₂和偏钛酸的双相纳米结构对染料有较强的吸附，在可见光下远比商用P25 TiO₂的光催化活性高。Xiang等（Xiang, G，et al. Chem. Commun.2011, 47, 11456)发现双氧水修饰过的TiO₂(B)纳米片和以Ti₂(SO₄)₃为钛源合成出的锐钛矿TiO₂纳米片都对染料具有很强的吸附能力。Kanna 等(M. Kanna, et.al. Journal of Sol-Gel Science and Technology  2009，53，162-170.) 研究发现非晶态TiO₂具有很高的比表面积（499 m²/g），因此对染料有很好的吸附性能。C. Randorn（C. Randorn, J. Irvine, International Journal of Photoenergy 2008，2008，1-6）等报道了双氧水（H₂O₂）修饰的非晶态TiO₂也具有对染料很好的吸附性能，但是可见光下其光催化降解染料的速率较慢。

 

发明内容