[发明专利]钒-氮共掺杂TiO2/凹凸棒光催化复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种钒-氮共掺杂TiO₂/凹凸棒光催化复合材料的及其制备方法。

背景技术

应用半导体光催化剂降解有机污染物具有反应温和高效、操作简便易控以及环境友好等特性，日益受到人们的关注。在目前广泛研究的半导体光催化材料中，TiO₂由于具有化学性质稳定、耐酸碱性好、无毒性、来源丰富成本低、催化性能好等优点，被认为是当前最有应用潜力的一种光催化剂。纳米TiO₂光催化剂在实际应用中存在两个问题：第一，由于纳米TiO₂的禁带较宽（Eg=3.2eV），光谱响应范围较窄，只能吸收紫外光，但紫外光能只占到地面太阳光能的4%~6%，对太阳光的利用率仅为3%；第二，纳米TiO₂光催化剂的粒径小，在反应体系中容易流失，存在难分离和难回收等问题，使得处理成本增加，从而限制了TiO₂光催化剂实现工业化的进程。

对于第一个问题，是通过对TiO₂光催化剂的改性来提高太阳光下及可见光下其催化性能。提高TiO₂光催化剂对太阳光的利用率及可见光光催化活性的主要改性方法有：有机物敏化、半导体复合、非金属掺杂、金属掺杂、共掺杂等。其中具有协同作用的金属非金属元素共掺杂TiO₂可以大幅度提高其在紫外光区和可见光光区的光催化活性。对于第二个问题，是通过对TiO₂光催化剂负载来增大其颗粒粒径和比重实现分离回收利用。TiO₂的载体按其化学组成可分为无机类载体和有机类载体。目前已被用作负载TiO₂的无机类载体有活性炭、硅胶、沸石、玻璃片、介孔分子筛、耐火砖颗粒、空心玻璃微球等大表面积载体, 还有如玻璃片、导电玻璃、耐火砖颗粒、空心玻璃微球、膨胀珍珠岩等小比表面积载体。由于纳米TiO₂在阳光下能光催化氧化降解有机物，所以一般不用有机材料做载体。而某些高分子聚合物，如饱和的碳链聚合物或含氟聚合物，有较强的抗氧化能力，所以也可以用于负载纳米TiO₂的研究。

中国专利2011101460314公开了一种钒氮共掺杂TiO₂光催化剂的制备方法，是将钒源充分溶于钛酸丁酯、二乙醇胺、乙醇的混合相中，再加入钒源助溶剂，于室温下搅拌，使混合液为黄色透明溶液；在强力搅拌下，于冰水浴下，将上述混合液逐滴加入乙酸与去离子水的混合液中，搅拌反应1～3h，反应液呈半透明溶胶；半透明溶胶置于温度为308K～348K的水浴锅中，陈化12～48h；再置于干燥箱中，于353K～393K下烘干；烘干后的固体经研磨后于573K～873K下煅烧1～6h，煅烧后的粉末再次研磨，得钒-氮共掺杂TiO₂。但是，该钒-氮共掺杂TiO₂在可见光下光催化活性改善不够理想，降解速率不够高，在处理废水中不易分离回收，而且成本相对较高，不利于工业化。

凹凸棒粘土是含水的层链状镁质硅酸盐，具有独特的层链状结构特征，具有比表面积大、化学稳定性能好、吸附性能好等特点，凹凸棒可以直接作为吸附剂，也可以作为原料转变为沸石分子筛，是一种具有性能和成本优势的TiO₂光催化剂的载体材料。因此，如果将金属钒、非金属元素氮共掺杂TiO₂负载于凹凸棒上，既提高太阳光下及可见光下其催化性能，又能解决分离和回收的问题，从而为工业化的应用奠定基础。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了钒-氮共掺杂TiO₂/凹凸棒光催化复合材料。

本发明的另一目的是提供一种负载钒-氮共掺杂TiO₂的凹凸棒复合材料的制备方法。

（一）钒-氮共掺杂TiO₂/凹凸棒光催化复合材料

本发明钒-氮共掺杂TiO₂/凹凸棒光催化复合材料，是将钒-氮共掺杂TiO₂负载于凹凸棒上；所述钒-氮共掺杂TiO₂与凹凸棒的质量比1:1~1:10。