[发明专利]具有吸附光催化协同作用的纳米多孔微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能纳米材料制备技术领域，具体为一种具有吸附光催化协同作用的纳米多孔微球的制备方法。

背景技术

纳米光催化剂因其催化效率高、稳定性好、无二次污染等特点，成为近年来日益受重视的绿色治污新技术，在污水处理、空气净化等方面有着重大的应用价值。自1972年Fujishima和Honda发现光辐照二氧化钛表面可发生氧化还原反应以来，关于光催化剂的研究已得到广泛关注。在众多的纳米光催化剂中，纳米二氧化钛(TiO₂)和纳米氧化锌(ZnO)以其成本低、化学稳定性好的特点已被应用于自清洁、污水净化、室内VOCs移除、水裂解制氢以及能量储存等领域。纳米TiO₂和纳米ZnO能带较高，两者禁带宽度(Eg)约为3.2eV，需要在较短波长的紫外光辐照下，才能激发电子从价带移向导带，生成电子和空穴，进而产生光催化反应。然而，太阳光中紫外线能量仅占约4～6％，大大限制了其实际应用。

扩展纳米光催化剂对光的响应范围，提高其在可见光下的催化性能一直是科研人员追求的目标。经贵金属、过渡态金属离子和非金属掺杂后，可有效降低禁带宽度，增大纳米光催化剂的光响应范围。国内外制备掺杂型纳米光催化剂粒子主要有两种途径：①在前驱体中掺杂，常见的钛源有钛酸四丁酯、硫酸钛、(三乙醇胺酸根)异丙醇钛等，具体来说，就是将杂质源掺杂到TiO₂、ZnO前驱体中，然后用溶胶-凝胶、水热合成、水解等方法制备而成，然而，制备过程较为复杂、产品性能(特别是晶型)不太稳定，容易影响光催化过程；②在商业化的纳米光催化剂粒子基础上制备，这种制备方法成本低廉、产品性能稳定，光催化效率高，有较好的产业化前景。Zhang等采用水热合成法将氧化石墨烯与纳米TiO₂结合，然后经还原制备了石墨烯-纳米TiO₂可见光响应光催化剂，这项技术被公开于ACS Nano杂志，2010年第4卷第1期第380-386页，文章题目：高性能光催化剂P25-石墨烯复合粒子(即，P25-Graphene Composite as a High Performance Photocatalyst[J].ACS Nano,2010,4(1):380-6.)。导电聚合物因其易于进行柔性掺杂，电导率高，可有效减少电子空穴复合，也受到了一定关注。Wang等通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯/纳米TiO₂复合粒子，提高了纳米TiO₂在可见光下的催化能力，这项技术被公开于催化通讯杂志，2008年第9卷第6期第1162-1166页，文章题目：原位合成法制备聚吡咯/TiO₂纳米粒子可见光催化剂(即，Sunlight photocatalytic activity of polypyrrole-TiO2nanocomposites prepared by‘in situ’method[J].Catal Commun,2008,9(6):1162-6.)然而，在实际应用中，印染废水成分复杂、常呈碱性，会使导电聚合物掺杂纳米光催化粒子的应用稳定性受到一定影响。贵金属(特别是银)掺杂纳米光催化粒子具有可见光利用效率高、使用稳定性好等特点，受到了科研人员的青睐。福州大学光催化研究所、中科院生态环境研究中心用沉积-沉淀法将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、银氨溶液共同负载到纳米TiO₂粒子表面，经长达数十小时的陈化、后处理获得了银/溴化银/纳米TiO₂复合粒子，研究了其在可见光下的抗菌和光催化性能，并将其应用于可挥发有机物的去除，这项技术被公开于物理化学B杂志，2006年第110卷第9期第4066-4072页，文章题目：银/溴化银/二氧化钛复合可见光催化剂制备及其在偶氮染料及抗菌方面的应用(即，Ag/AgBr/TiO₂Visible Light Photocatalyst for Destruction of Azodyes and Bacteria[J].J Phys Chem B,2006,110(9):4066-72。本发明提出在聚吡咯合成过程中柔性掺杂银源，制备核壳结构聚吡咯-银/纳米光催化剂微球，经焙烧移除聚吡咯模板后，将Ag成功“焊接”到纳米光催化剂粒子上，旨在获得禁带宽度低，对可见光响应性好的光催化剂。