[发明专利]一种黑色TiO2纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种黑色TiO₂纳米材料，其制备方法为：将干燥的侧柏植物树叶碎片，加水搅拌，之后过滤，取滤液，加入Ag前驱体的水溶液，然后在50～90℃下搅拌1～3h，得到混合液；将TiO₂粉末加到所得混合液中，搅拌1～3h，之后过滤，滤饼经水洗、干燥，得到Ag/TiO₂固体粉末；在H₂体积分数为5％～50％的H₂/N₂混合气氛中，将所得Ag/TiO₂固体粉末置于450～800℃下焙烧3～6h，即得产品；本发明首次利用贵金属Ag表面的氢溢流，在较为温和的条件下还原制备黑色TiO₂，制备方法成本低、操作简单，制得的黑色TiO₂纳米材料用在光催化降解染料废水的反应中，具有高活性、高稳定性等特点。

(一)技术领域

本发明涉及一种黑色TiO₂纳米材料及其制备方法与应用，本发明利用Ag纳米颗粒表面氢溢流还原制备具有光转化效率高的黑色TiO₂纳米材料，制得的黑色TiO₂纳米材料可用于光催化降解染料废水。

(二)背景技术

染料污染物是全球性的主要环境污染源之一，染料废水的主要来源是印染行业排放出的大量废水。这类废水由于有机物含量高、成分复杂、难以降解等原因，传统的处理方法如生物处理、混凝沉淀、吸附等工艺对于染料废水处理效果并不理想，而且容易引起二次污染。因此迫切需要开发高效、节能的染料废水处理技术。TiO₂光催化技术由于自身无毒、无害、无腐蚀性、廉价、绿色环保、可反复使用等优点倍受人们青睐，尤其在降解染料污染物方面应用有非常广阔的发展前景，其可将有机污染物完全矿化成H₂O和无机离子(Catalysis Communications,2014,54:66-71)。但是，TiO₂光催化技术存在对光的吸收利用波长范围狭窄，光激发TiO₂产生的光生电子(e^-)和空穴(h⁺)对易快速复合等缺点(Materials Letters,2014,130: 1-4.)。为了提高TiO₂光催化剂的光谱响应范围和催化效率，人们采用了多种方法和手段以改善TiO₂的这一性质缺陷(Applied Catalysis B-Environmental,2014,150,544-553，Science,2001, 293(5528),269-271)，如金属离子、非金属元素、稀土元素、贵金属离子，贵金属纳米颗粒等，然而效果仍不够理想。

近些年来，通过氢气热处理制备的黑色TiO₂纳米材料表现出对可见光和近红外光区具有较好的吸收性质以及分离、转移e^－—h⁺对的能力而得到研究者的广泛关注(Chemical Society Reviews,2015,44(7),1861-1885.)。黑色TiO₂纳米材料的制备多采用氢气热处理直接还原制备，需要在高温、高压等苛刻的还原条件下进行，存在操作过程危险性高，能耗高等问题。相比较H₂分子，原子态氢物种的还原性能比H₂强，而贵金属Ag纳米颗粒表现出较好的分解双氢键产生原子态氢，转移原子态氢的能力。因此，本发明提出将Ag纳米颗粒负载到TiO₂表面，并利用Ag纳米颗粒表面的氢溢流效应，在较为温和的条件下还原制备黑色TiO₂纳米材料，而同时负载的Ag纳米颗粒也起到分离、转移e^－—h⁺对的作用。本发明首次报道了利用Ag纳米颗粒表面的氢溢流还原制备黑色TiO₂纳米材料。

(三)发明内容