[发明专利]镧系元素掺杂纳米管TiO2复合光催化剂的制备方法及其在VOCs治理中的应用

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理领域，具体涉及一种镧系元素掺杂纳米管TiO₂复合光催化剂的制备方法，及该复合光催化剂在VOCs治理中的应用。

背景技术

近年来，挥发性有机污染物（VoLatiLe organic compounds, VOCs）引起的环境污染问题日益严重。特别是医药化工、纺织印染等工业生产过程排放的VOCs，具有成分多、毒性高、难降解等特点，危害着生态环境和人类健康。因此，防治VOCs污染具有非常重要的现实意义。

目前处理VOCs的技术主要有吸附法、燃烧法、吸收法等，但这些技术均存在投资费用高、操作过程复杂、能耗大等弊端。生物净化虽然能有效处理低浓度大气量的VOCs，但对于一些难生物降解、难水溶的VOCs，效果不是很明显。近年来，利用光生电子/空穴的强还原性/强氧化性的紫外光催化技术在VOCs处理上显示出了优势。通过改性，制备的催化剂能有效处理氯代烃、芳香烃等VOCs，去除效率达到了70%以上。此外，利用紫外光催化等高级氧化技术的定向转化特性，通过控制反应条件，形成易生物降解易水溶的小分子有机物，可以为后续微生物彻底矿化奠定基础。因此，无论是作为单独处理技术，还是作为生物净化的预处理技术，以半导体TiO₂为载体的紫外光催化技术将在VOCs治理中应用越来越广泛。

但是，传统的TiO₂光催化剂制备都需要经历高温煅烧，形成锐钛矿晶型结构从而发挥催化性能。专利号为200410081226.5，名称为“高效二氧化钛光催化剂制备方法”的中国专利中公开了一种方法：以廉价易得的无机钛盐和氨水沉淀剂为主要原料，并选用一种稀土元素，如镧、铈、镨、钕等，作为掺杂改性成分，采用共沉淀—煅烧法，方法主要包括步骤有：共沉淀反应-共沉淀物洗涤-沉淀产物干燥-煅烧、研磨等，最后制备获得掺杂改性的纳米二氧化钛光催化剂。上述方法制备催化剂过程中经历了煅烧的过程，形成的是单一晶型结构的催化剂，催化活性也有限。

专利号为200410041039.4，名称为“用于自然光降解有机物的TiO₂基光催化剂及其制备方法”的中国专利中公开了一种制备方法：采用溶胶凝胶法制备，将钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸混合溶液与镧系金属硝酸盐的无水乙醇溶液混合，搅拌下加四丁基氢氧化铵水溶液，使pH值达4～6；静置成凝胶，烘干、研磨、焙烧而得。上述方式的缺陷和不足是制备的过程经历煅烧，形成的是单一晶型结构的催化剂，且制成的催化剂比表面积有限，吸附性能不佳，不适合用于处理气态污染物的治理。

专利号为200310112184.2，名称为“镧系稀土离子掺杂TiO₂球形光催化剂的制备”的中国专利中公开了一种方法：以0.5-50千克酞盐为原料，剧烈搅拌并逐滴加入浓硫酸5-50毫升，再向其中分别加入摩尔分数为0.1-5％的镧系稀土元素盐，和适量1-8倍的水，在一定工作条件下，每分钟1-20℃程序升温至400-1200℃焙烧成2-10小时，得到一种具有良好吸附性能和可见光光催化活性球形光催化剂。上述方式的缺陷和不足是催化剂制备过程中需要喷雾成型机，同时需经历煅烧过程，制备较为复杂， 且该专利中并没有给出催化剂的催化性能描述，更没有对于该催化剂适用范围的描述，其应用前景不知。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种制备过程不需要经历煅烧，制备过程简单、节能，制得的复合光催化剂催化性能优越的镧系元素掺杂纳米管TiO₂复合光催化剂的制备方法，及该复合光催化剂在VOCs治理中的应用。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：该镧系元素掺杂纳米管TiO₂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：先利用溶胶-凝胶法制得掺杂镧系元素的纳米颗粒前驱体，再将纳米颗粒前驱体放入高温、高压的强碱环境中反应，并经洗涤、过滤、干燥后形成镧系元素掺杂纳米管TiO₂复合光催化剂。本发明所述方法不需要经历煅烧，因而其制备过程较为简单，所制备的催化剂具有较大的比表面积和孔容、较小的孔径、较强的抑制光生电子/空穴的复合率，制备获得的催化剂能响应多波长的紫外光，催化性能比传统催化剂要好。