[发明专利]玻璃片载体上碳掺杂TiO2可见光响应催化膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境材料技术领域，具体涉及一种TiO₂光催化薄膜及其制备方法，尤其是玻璃片载体上碳掺杂TiO₂可见光响应催化膜及其制备方法。

技术背景

光催化氧化技术是近年来备受瞩目的一种水体污染物处理技术，已经得到了极为广泛的研究。TiO₂化学性质稳定、无毒、价廉、反应条件温和、净化对象广谱、不产生二次污染，被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术。但是采用TiO₂作为光催化剂处理废水至今仍停留在实验室阶段，尚未进入实际应用的主要原因是：（1）纯TiO₂只能在波长小于387nm的紫外光下才有光催化活性（这部分光仅占到达地球表面太阳光的4%），而占40%以上波长为400～800nm的可见光却不能被利用；（2）光催化效率低；（3）粉末态TiO₂使用过程中难回收。为了提高TiO₂的光催化效率和对可见光的利用率，解决粉末态TiO₂使用过程中难回收的难题，众多研究者做了大量的工作。

专利CN101884939A公开了一种制备氮掺杂TiO₂光催化薄膜的方法。该方法首先采用离子渗氮工艺对金属钛或钛合金表面进行渗氮处理，之后再采用微弧氧化技术在渗氮后的金属钛或钛合金基体上原位生长TiO₂薄膜。该方法应用于光催化净化领域，与未掺杂氮的TiO₂薄膜相比，对紫外光和可见光的吸收效率明显提高，光生电流强度明显增强，降解有机污染的降解效率显著提高。专利CN101696032A公开了一种铬氮共掺杂纳米TiO₂粉体的制备方法。该方法将钛源和沉淀剂按1:2的比例混合溶于去离子水中制成混合溶液，经带聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行水热合成反应，温度为100～200℃，压力为0.1～20MPa，搅拌速度100～1000rpm，保温时间为1～24h，经过水洗、醇洗至中性，最后经过干燥，得到锐钛矿型铬氮共掺杂纳米TiO₂粉体。该方法制备的铬氮共掺杂纳米TiO₂粉体比表面积大，光催化活性和光催化效率显著提高。然而，上述报道中，均存在制备工艺复杂、成本高、合成的催化剂稳定性差等问题。因此，制备具有可见光活性的TiO₂固定化材料仍是业界努力的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够利用可见光响应的光催化剂及制备方法，且该催化剂在可见光条件下的光催化效率高，能够以薄膜的形式负载于物理化学性能稳定的载体上，从而解决TiO₂光催化剂不能利用太阳光和粉末态TiO₂易流失的难题。

本发明的技术方案是：

一种玻璃片载体上碳掺杂TiO₂可见光响应催化膜，它是以吐温80为模版离子和碳源，制备非金属碳掺杂纳米TiO₂光催化薄膜，所述非金属碳掺杂纳米TiO₂光催化薄膜负载在玻璃片载体上。

优选地，所述非金属碳掺杂纳米TiO₂光催化薄膜中C和TiO₂的质量比为0.49～0.62∶99.38～99.51。

一种玻璃片载体上碳掺杂TiO₂可见光响应催化膜的制备方法，包括以下步骤：

1）以吐温80为模版离子和碳源，采用溶胶-凝胶法制备非金属碳掺杂纳米TiO₂光催化薄膜的前驱体溶胶；

2）将载体玻璃片浸渍于步骤1）得到的前驱体溶胶中并提拉制得湿膜，经过干燥、煅烧，并重复操作5～15次，即得。

优选地，所述非金属碳掺杂纳米TiO₂光催化薄膜中C和TiO₂的质量比为0.49～0.62∶99.38～99.51。

进一步优选地，步骤1）中所述的非金属碳掺杂纳米TiO₂光催化薄膜的前驱体溶胶的制备方法是：将5～10mL吐温80溶于40mL异丙醇中搅拌，待吐温80完全溶解后，缓慢加入6mL钛酸异丙酯，搅拌5min，待混合均匀后，加入6mL冰醋酸，然后剧烈搅拌10min后，密封反应器，在室温下搅拌老化24h，即得。

进一步优选地，步骤2）中所述载体玻璃片的提拉速度是12～13cm·min^-1。

进一步优选地，步骤2）中所述的干燥是在60℃下干燥30min。