[发明专利]一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，因PM2.5的影响，大城市的空气污染指数（AQI）俨然成了居民深刻关注的焦点，严重威胁着人们的身心健康，室内环境质量已引起广泛重视和关注，逐渐成为社会热点。光催化是目前国际上最安全和最洁净的环境净化材料，在欧美和日本、韩国等区域广泛运用，美国宇航空间站净化工程、海上油污降解工程和日本公交公司消毒工程均使用光催化进行处理。

对二氧化钛光催化剂催化活性和吸附性问题进行了多方面的研究，其中包括影响因素研究、机理研究、性能研究等多个层次，在各个研究层次上取得了很多研究成果。

二氧化钛纳米材料的制备及性质主要集中在一维、二维和一维组装的超结构的研究。然而，二维纳米结构研究得较少。专利号为CN201210462406.2的中国专利报道了一种复合型二氧化钛纳米管阵列光催化剂及其制备方法，该方法制备的复合型二氧化钛纳米管阵列光催化剂，模拟太阳光对 10mg/L的2,4-二氯苯氧乙酸其进行光催化，降解3小时效率仅为80%。

选择高效的方法来较大程度提高光催化剂的催化活性是个复杂的过程，光催化活性提高的技术至少有5种：元素掺杂，半导体复合，贵金属沉积，有机物燃料敏化和尺寸和形貌的控制等。其中元素掺杂和半导体复合是主要的2种改性方式。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂及其制备方法和应用，它是碳量子点、氮化碳和二氧化钛复合型光催化剂，此催化剂具有较高光催化效率，可以有效减少分解水的能源成本，并且制备方法简单，该催化剂在可见光区域，充分利用太阳能，对有机废水中的有机污染物，如罗丹明B，进行光催化处理，具有降解的速率及效率高的特点。

所述的一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂，其特征在于为碳量子点、氮化碳和二氧化钛复合型光催化剂，所述的碳量子点、氮化碳和二氧化钛的重量百分含量为：碳量子点0.01~0.02％，氮化碳39.44~70.73%，二氧化钛29.25~60.55%。。

所述的一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）制备二维片状结构的二氧化钛纳米片

     a 将浓盐酸和钛酸异丙酯于烧瓶中混合，搅拌15~20min得到澄清的黄色溶液；

     b配置P₁₂₃和无水乙醇混合液，将该混合液加入步骤a）得到的澄清的黄色溶液中，搅拌28-32min，得到混合溶液；

     c 将步骤b）中的混合溶液和乙二醇混合，搅拌均匀后，放入高压反应釜中；

     d将步骤c）的高压反应釜置于鼓风干燥箱中在120℃放置20h，之后用无水乙醇洗涤3~5次，放入真空干燥箱78-82℃，2.5-3.5h烘干，得到初步的固体产物；

e）将初步得到的固体产物在500~550℃的管式炉焙烧2h，然后自然降温至室温，得到白色二维片状结构的二氧化碳纳米片；

2）用水稀释10g/L的碳量子点得到10~20mg/L的碳量子点溶液；

    3）取步骤1）的二维片状结构的二氧化钛纳米片和三聚氰胺以质量比为1：2~10溶于水中得到混合液，将混合液和10~20mg/L的碳量子点溶液以3~4:1的体积比混合，在60~70℃搅拌5-7h；

     4）将步骤3）得到的溶液置于旋蒸仪中，80~83℃旋蒸，然后放入鼓风干燥箱中在100℃下烘10-15h，得到白色粉末；

5）刮下步骤4）中干燥后的白色粉末，置于石英坩埚中，压实，放入管式炉，通空气流量为10~15 ml/min，550℃，焙烧10~30min，自然降至室温，得到土黄色的一种复合型二氧化钛纳米片，其中二氧化钛的含量为29.25~60.55%。

所述的一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中浓盐酸和钛酸异丙酯的体积比为1:3~4。

所述的一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中P₁₂₃和无水乙醇的质量比为1:14~16。

所述的一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中的步骤b）的混合溶液和乙二醇体积比为1:8~10。

所述的一种复合型二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于步骤3）中所述的二维片状结构的二氧化碳纳米片和三聚氰胺的投料质量比为1:1~10。