[发明专利]一种制备高热稳定性的负载型TiO2光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料制备技术领域，具体涉及一种高热稳定性的负载型TiO₂光催化剂的制备方法，制得的负载型TiO₂光催化材料具有大的比表面积、较小的晶粒尺寸和较为稳定的相结构，是一种能高效、稳定地处理有机污染物的绿色光催化剂，主要应用于环境治理，如废水、污水、室内外气体污染、抗菌除臭等净化处理。

背景技术

TiO₂以其光催化活性高、廉价无毒、导带价带电位合适、光腐蚀性小、稳定性高、无二次污染等诸多优点，成为多相光催化领域的研究热点。近年来，随着光化学及技术的发展与进步，利用TiO₂多相光催化消除环境中污染，将污染物分解并转化为无害物质，对污水、空气的深度净化处理具有较高的效能，已成为光催化领域研究最深入的半导体和环境领域应用最为广泛的光催化剂之一。尽管TiO₂光催化剂在环境治理中具有许多优势，但它的低光催化效率和难分离回收的问题限制了其在环境治理领域中的大规模应用。

TiO₂的光催化效率很大程度上依赖于它自身的性质，如晶体类型、晶粒尺寸、比表面积、结晶度等。通常锐钛矿相TiO₂具有较高的光催化活性，另外，含有一定比例的锐钛矿和金红石混合相的TiO₂也具有较高的光催化活性；较小的晶粒尺寸有利于提高光生载流子的分离，进而减小光生电子-空穴的复合几率；较大的比表面积能提供更多的反应活性中心，并且有利于污染物分子的吸附；更高的结晶度可以减少光生电子-空穴的复合中心。但获得同时具有以上优良特性的TiO₂光催化材料具有一定困难。

通常，具有较大比表面积的纳米TiO₂易在较低的合成温度下获得，但其相应较低的结晶度不可避免地影响其光催化活性。为了提高其结晶度，则需要在高温下进一步的煅烧，但具有较为优越的光催化性能的锐钛矿型TiO₂纳米晶由于受热处理温度的限制，通常在500℃-600℃就开始向金红石相转化，并伴随着晶粒的增大和团聚、比表面积的急剧减小，导致光催化活性的降低，在800℃煅烧后大多转化为金红石相，这也极大地影响了锐钛矿TiO₂纳米晶在光催化去污、除臭杀菌等诸如抗菌性日用陶瓷等领域中的应用。目前，为了在提高TiO₂结晶度的同时，抑制其晶型的转变并维持其比表面积，通常在TiO₂中掺杂一些阴离子、金属阳离子或使用其它金属氧化物等作为稳定剂，但这些物质的加入一般会影响TiO₂本身的结构与性能，从而影响它更广泛的应用。因此，开发一种简单的、具有大比表面积、小晶粒尺寸和稳定相结构的负载型TiO₂光催化剂的制备方法，对制备高热稳定的TiO₂纳米晶具有重要的意义。

专利201210143682.2提供了一种制备酸化剥离蛭石负载TiO₂光催化剂的方法，该方法以廉价的酸化剥离蛭石片层为载体，将TiO₂光催化剂负载于酸化剥离蛭石的层表面，达到了吸附-光催化一体化处理有机污染物并易于分离和回收利用催化剂的目的。在此基础上，本发明选用具有较好的热稳定性、大的比表面积、表面富含硅羟基基团的酸化剥离蛭石作为为TiO₂的载体，使用光催化活性较优时钛与酸化剥离蛭石的加料比例，并调节催化剂制备条件中的pH值，使得通过原位水热方法合成的负载型催化剂中Si-O-Ti化学键抑制TiO₂在热处理过程中的晶型转变，从而提高TiO₂的热稳定性。

到目前为止，未见使用酸化剥离蛭石片层为TiO₂载体制备大比表面积、高热稳定性负载型TiO₂光催化剂的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备高热稳定性的负载型TiO₂光催化剂的方法，该方法采用简单的水热合成法，以廉价的酸化剥离蛭石片层为载体，将TiO₂光催化剂负载于酸化剥离蛭石的层表面，均匀并规则有序地负载了一层海绵状并具有明显孔结构的三元混晶相TiO₂颗粒层。该方法简单可行，成本低廉，获得的负载型纳米TiO₂光催化剂具有较小的晶粒尺寸、比表面积大、丰富的孔结构和高的热稳定性，并具有较高的光催化活性，可广泛应用于环境治理，如废水、污水、室内外气体污染、抗菌除臭等净化处理。