[发明专利]一种在可见光下具有高催化降解活性的分子印迹-N/F共掺杂TiO2的制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在可见光下具有高催化降解活性的无机分子印迹-N/F共掺 杂TiO₂的制法，属于光催化剂制备的技术领域。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)作为一种优良的光催化材料受到了广泛的关注，它具有高 催化降解能力、无毒性、化学稳定性和价格低廉等特点。但由于二氧化钛的能 带隙宽(金红石型为3.0eV，锐钛型为3.2eV)，二氧化钛在紫外光下可以被激活， 但太阳光中只含有大约5％的紫外光。元素掺杂、染料敏化、贵金属或其他半导 体的复合等可提高太阳光能的有效利用率，其中元素掺杂是一种高效、稳定、 成本低的方法。自从Asahi等人的工作在2001年被发表，非金属掺杂受到了极 大的关注，如N、S、F、I和C等非金属的掺杂(NewJ.Chem.2015，2217-2223； Appl.Surf.Sci.2014,107-112)其中两个非金属元素的共掺杂TiO₂对增加TiO₂在可见光下的活性已呈现了显著的改善。

但是，在许多被污染的水体中，高毒性、低浓度、生物不可降解的有机污 染物往往与高浓度、生物可降解的污染物是共存的。由于TiO₂没有选择性，掺 杂TiO₂在处理污水中高毒有机污染物时，光催化效率依然比较低。实际操作时 如能先将这些高毒性、低浓度、生物不可降解有机污染物选择性地降解，余下 的一般污染物用生物降解等方法处理，则既可降低水处理成本，也能达到处理 要求。已经提出来许多方法用来提高TiO₂对目标污染物的光催化能力，如通过 调节pH来控制TiO₂的表面电荷，用特定的分子修饰TiO₂的表面，和制备双区 域结构光催化剂等(Sep.Purif.Technol.2012，165-171)。但这些方法对提高TiO₂光催化降解目标污染物的选择性并不是十分高效。

分子印迹技术的出现为解决此问题提供了契机，Shen等于2007年首次提出 了利用分子印迹聚合物(MIP)涂覆TiO₂光催化剂，提高光催化剂对目标污染 物的结合能力，以此来增强光催化效率，其中以4-氯苯酚为模板分子、邻苯二 胺为功能单体，通过单体和模板分子4-氯苯酚的作用制备一种前体，MIP层在 TiO₂存在下通过原位聚合，涂覆在TiO₂颗粒上，最后大量溶剂从聚合物层除去 模板分子4-氯苯酚得到MIP–TiO₂光催化剂(Chem.Commun.2007，1163-1165)。 这种MIP–TiO₂光催化剂在紫外光下对目标分子4-氯苯酚的降解速度是非目标分 子苯酚降解速度的20倍，即涂覆的MIP–TiO₂光催化剂显著提高了对目标污染 物的光催化降解效率，抑制了非目标污染物的降解效率。在TiO₂表面涂覆分子 印迹聚合物的有机层被认为是一种有效的方式，因为它对目标有机物有特异性 亲和力。

分子印迹有机聚合物涂覆TiO₂光催化剂虽然一定程度提高了对高毒性、低 浓度、生物不可降解有机污染物的降解选择性，然而该方法仍然有一些缺点， 如光催化剂的光谱响应范围<387nm，对太阳能的利用率较低；制备方法耗费 时间和溶剂；有机分子印迹阻碍光吸收并降低了催化剂的稳定性(Environ.Sci. Technol.2008，1687-1692；Chem.Eng.J.2013，398-406)。为了克服这些缺点， 可采用简单的制备方法，把分子印迹聚合物-TiO₂光催化剂利用元素掺杂拓展到 可见光区域，并用无机分子印迹制得的分子印迹聚合物–TiO₂光催化剂，这样的 光催化剂有更好的稳定性高和光吸收性，最终制得对目标污染物有较好的选择 性和光催化降解能力、并可重复利用的无机分子印迹-掺杂TiO₂光催化剂。基于 此背景下，本发明制备了一种在可见光下具有高催化降解活性的分子印迹-N/F 共掺杂TiO₂光催化剂。

发明内容