[发明专利]一种复合可见光光催化剂Ag2CO3/TiO2/UIO-66-(COOH)2及有机物降解应用

说明书

本发明涉及一种复合可见光光催化剂，具体的说是一种改性的Ag₂CO₃/TiO₂/UIO‑66‑(COOH)₂可见光光催化剂及其在有机物罗丹明、甲醛中的降解应用。本发明的负载型光催化剂，应用广泛，制作简单，成本较低，稳定性好，可以在短时间内有效降解罗丹明、甲醛有机物，提高了可见光催化剂的降解效率。

技术领域

本发明涉及一种复合可见光光催化剂，具体的说是一种改性的Ag₂CO₃/TiO₂/ UIO-66-(COOH)₂可见光光催化剂及其应用。

背景技术

环境污染和能源危机已逐渐危及人类的生存。光催化技术被认为是解决能源和环境问题最有效、最具有前景的方法。TiO₂具有高效、无毒、化学性质稳定等优点，是目前研究最广泛的光催化剂。通过掺杂改性，或与窄带半导体复合等方法能改善TiO₂对可见光的响应，但其可见光活性仍然很低，距离实际应用还有很大距离。因此有必要开发具有高可见光活性的新型光催化剂。

Ag₂CO₃具有很强的可见光光催化活性，在环境污染治理和清洁能源转换等领域的应用前景十分广阔。然而，在光催化降解过程中，Ag₂CO₃易被光腐蚀， Ag₂CO₃的银离子易被光生电子还原为银，导致催化剂活性逐渐下降，严重制约了其实际应用。因此，提高Ag₂CO₃的光稳定性是一个重要的研究方向。

虽然纳米TiO₂的光催化活性高，但是它在溶液中易团聚，而且难以分离和回收，容易造成二次污染，并且光催化剂易失活，重复利用率低，所以严重制约了其光催化技术的推广使用。为了解决这些问题，研究者通过使纳米TiO₂颗粒负载在结构和性质都很稳定的载体上来实现或者进行金属元素掺杂，比如银，非金属离子掺杂，比如N，C；稀土元素Re掺杂，或者将二氧化钛与其他可见光响应物质进行复合，比如TdS，ZnO等，以提高二氧化钛的可见光响应性能，增加光催化剂能级。

负载之后的纳米TiO2光催化剂，在很大程度上增加了TiO2光催化剂的比表面积，并且对抑制晶粒的团聚和晶相的转变也有一定的积极作用。而且由于载体本身为活性吸附材料，在暗处多孔载体能首先吸附有机污染物，达成吸附解离平衡，然后在光照下，有机污染物可以与TiO2发生更高效的光催化作用，进而提高了的TiO2光催化活性。另外，纳米TiO2在载体上的高度分散，也可以提高其对光的利用率。

现在国内外应用较广泛的载体有硅胶、氧化铝、玻璃纤维、石墨烯、活性炭以及一些天然矿物如硅藻土、沸石等。因沸石丰富的孔结构和高稳定性，使其成为用于催化剂最广泛的载体之一。但是沸石也有很多不足，比如对微孔材料来说，它的吸附能力有限，特别是在溶液中，大分子溶剂进不到孔内。因此，我们需要一种孔径可调，而且可调范围较广的一种载体，然而MOF这种多孔材料就很满足现在研究的需要。目前，仅有SBA-15分子筛作为纳米TiO₂光催化剂的载体的研究，引起了国内外学者的广泛关注和兴趣。

TiO₂光催化剂的固载方法可以分为两大类，一是物理负载法，二是化学负载法。物理负载法不涉及化学反应，因而实验操作比化学负载法简单，但是化学负载法合成的TiO2负载型光催化剂的水热稳定性较高，化学性质更稳定。

当前，合成负载型TiO2/载体的化学方法主要有直接合成法和后合成法两种。先合成载体材料然后再通过浸渍法、沉积法或者移植法将TiO2分散到硅胶、氧化铝、玻璃纤维、石墨烯、活性炭或分子筛，合成TiO2/载体。此方法的优点是 TiO2/载体的水热稳定性高，缺点是TiO2的分散性较差，而且TiO2的量不太好控制。但是一般情况下还是使用后合成法的较多，而且可以通过修饰载体的方法，弥补TiO2的分散性较差的缺点。