[发明专利]一种用于可见光下光催化氧化NOx的二氧化钛催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种用于光催化氧化NO_x的钛基催化剂，特别涉及一种用于光催化氧化去除大气中低浓度NO_x的可见光响应的碳改性的二氧化钛催化剂、制备方法及其用途。

背景技术

二氧化钛作为一种宽禁带半导体，由于其无毒、廉价、氧化还原能力强、化学性质稳定和抗光腐蚀等特性，在大气、水体污染物降解、抗菌和自洁净等等方面得到了广泛的应用。由于其较宽的禁带(3.2ev)需要紫外光(只占太阳光谱的3~5%)照射才能激发活性，从而限制了对可见光的利用(400nm<λ<750nm，占太阳光谱的43%)，严重制约了其在光催化等方面的实际应用。因此，通过改性或者光敏化等使二氧化钛在可见光区具有光催化活性是光催化研究领域的重要课题之一。目前文献报道的方法有金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体的复合、贵金属表面沉积、表面光敏化等。

2001年Asahi等人发现非金属掺杂可以使TiO₂的带隙变窄，在不降低紫外光活性的前提下使TiO₂具有可见光活性，掀起了非金属掺杂二氧化钛的研究热潮（Asahi,R.,Morikawa,T.,Ohwaki,T.,Aoki,K.,Taga,Y.,2001.Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides.Science293,269-271.）。2003年Sakthivel等人发现碳修饰的TiO₂在日光作用下能有效矿化4-氯酚（Sakthivel,S.,Kisch,H.,2003k.Daylight Photocatalysis by Carbon-Modified Titanium Dioxide.Angewandte Chemie International Edition42,4908-4911.）。CN100375650C采用糖类化合物作为碳源，通过低温水热或溶剂热法制备介孔的碳掺杂二氧化钛，在可见光下能降解RhB。CN1962457A以硫脲为添加物采用机械化学法制备了S、N共掺杂纳米TiO₂或SrTiO₃粉体，发现能提高可见光下去除NO的性能。CN101332436B以无机钛化合物为前驱体，以生物分子氨基酸为掺杂剂，在较低温度下水热合成了碳氮硫三元素共掺杂的二氧化钛，能提高NO去除效率。CN101947459B以四氯化钛、硼酸和尿素为原料，利用喷雾热解法在600~700℃温度下制备了硼氮共掺杂二氧化钛空心球催化剂，能在可见光下去除NO。

溶胶-凝胶法因其操作简单，条件易控，粒度分布范围窄等优点被广泛应用于二氧化钛光催化剂的制备。

二氧化钛光催化剂的合成一般以烷氧基钛Ti(OR)₄（R=-C₂H₅、-C₃H₇、-C₄H₉）为原料，其主要步骤是：烷氧基钛溶于溶剂中形成均相溶液，以保证烷氧基钛的水解反应在分子均匀的水平上进行，由于烷氧基钛在水中的溶解度不大，一般选用小分子醇（乙醇、丙醇、丁醇等）作为溶剂；烷氧基钛与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶；经陈化，溶剂形成三维网络而转化为凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶再经过研磨后煅烧，除去化学吸附的羟基和烷基团，以及物理吸附的有机溶剂和水，得到二氧化钛。

李蕊，孙奇，王海霞，刘世权，pH值对钛酸四丁酯水解产物的影响，山东陶瓷，2010，33（4）：32~34；宋金玲，周长才，侯志鹏，李霞，蔡颖，张胤，溶胶-凝胶法制备掺杂钐的二氧化钛及其发光性能研究，过程工程学报，2011，1；中均公开了采用溶胶凝胶法制备二氧化钛光催化剂以及掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法。上述文献中所报道的掺杂二氧化钛的制备方法大部分涉及复杂的工艺，或者高温（≥500℃）下焙烧，或者需要添加特殊的化学物质，不利于大规模的制备和生产成本的降低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳改性的二氧化钛催化剂及其制备方法，该催化剂的制备方法降低生了产成本，简化了生产工艺，制备的碳改性的二氧化钛催化剂在可见光下能够光催化氧化去除大气中低浓度NO_x。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：