[发明专利]一种在碳纤维表面负载三明治型TiO2

说明书

本发明公开了一种在碳纤维表面利用水热法连续负载TiO₂(001)、ZnIn₂S₄、TiO₂构成三明治型光催化剂。所述三明治型光催化剂由以下三部分组成：TiO₂(001)以晶片交错穿插的形式负载在碳纤维表面，以纳米花瓣状结构负载在TiO₂(001)表面的ZnIn₂S₄作为中间层使光催化剂的光吸收范围拓展到可见光，负载在ZnIn₂S₄表面的纳米晶TiO₂晶粒作为阻挡层可使ZnIn₂S₄不受脱硝过程中酸性产物的侵蚀；所述三明治型TiO₂/ZnIn₂S₄/TiO₂(001)/CF光催化剂发挥TiO₂(001)、ZnIn₂S₄和TiO₂三者的协同效应，即提升了材料在紫外光和可见光下的光催化脱硝及光催化降解亚甲基蓝溶液的活性，又提升了材料的稳定性；三明治型TiO₂/ZnIn₂S₄/TiO₂(001)/CF光催化剂具有制备方法简单、成本低、效率高和稳定性高的特点，不仅可以用于工业污水的处理，还可以用于工业烟气脱硝领域，具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化技术和环境保护领域，具体涉及一种利用水热法在碳纤维表面连续负载TiO₂(001)、ZnIn₂S₄、TiO₂构成三明治型光催化剂，并将其应用在工业污水处理及光催化脱硝领域。

技术背景

目前，氮氧化物对环境的污染已然成为各国重视的全球性问题。随着我国工业的高速发展，越是经济发达和人口密集的地方，NO_x的排放量越大。我国多个城市长期被雾霾天气肆虐，其主要元凶之一正是氮氧化物。它对大气的影响主要有形成酸雨和光化学烟雾，同时，人类长时间吸入NO_x含量过高的空气对健康也有不利影响。相比其它NO_x排放控制方法，光催化法具有光催化效率高、化学稳定性优良、成本低廉、设备占地小和易于回收再利用的优点。

光催化技术中光催化剂的使用主要有直接使用TiO₂粉末的悬浮体系和负载型的TiO₂进行催化反应。然而由于TiO₂粉末易聚集、流失、分离、回收困难等问题，因此在实际应用过程中使用TiO₂粉末的悬浮体系几乎没用应用价值，从而应用负载型TiO₂成为光催化技术中的必然趋势。合适的载体材料不但可以解决粉体催化剂存在易团聚和反应后难回收的问题，还可以增加反应有效的比表面积、提供合适的孔结构、提高光催化效率，并降低催化剂的生产成本。碳纤维由于其结构和较高的碳含量使其具有较高的比模量、比强度和较低的密度，其自身较为柔软也方便进一步使用加工，所以用碳纤维作为光催化剂基底物。

研究表明，高暴露面(001)晶面TiO₂的光催化降解性能优于一般纳米材料，高暴露(001) 晶面TiO₂具有优异的光催化性能主要在于(001)晶面可以提供更多的活性吸附位，同时，(001) 晶面上保留的自由吸附水可以在光催化降解的光催化降解的过程中不断地进行化学解离并与光生空穴作用形成高活性·OH自由基，有助于促进光催化反应的进行。