[发明专利]一种凹凸棒负载Fe-N共掺杂介孔TiO2

说明书

本发明公开了一种凹凸棒负载Fe‑N共掺杂介孔TiO₂微球体光催化剂的制备方法,步骤为：制备介孔TiO₂微球体；制备Fe‑N共掺杂介孔TiO₂微球体；制备凹凸棒负载Fe‑N共掺杂介孔TiO₂微球体。本方法制备的凹凸棒负载Fe‑N共掺杂介孔TiO₂微球体具有较高的内外比表面积，吸附催化性能优异，可以进行大面积地原位修复农药污染的土壤，无二次污染，处理效果好，同时降解后的产物是有益于土壤的PO₄^－无机物。

技术领域

本发明属于TiO₂光催化材料制备技术和土壤修复技术领域，具体涉及一种凹凸棒负载Fe-N共掺杂介孔TiO₂微球体光催化剂的制备方法及其在降解农田土壤有机磷农药污染中的应用。

背景技术

万物土中生，土壤提供人们赖以生存的自然资源。随着工业化以及农业集约化的发展，农药的使用在提高粮食产量方面起到了至关重要的作用。但同时施用农药后也会对生态系统造成严重的污染，并可通过食物链的富集引发食品安全问题，危害人类的健康安全。所以如何更好地降解土壤中残留的有机磷农药、氮农药、氯农药等成为一个热点。近年来，光催化技术在这方面的应用取得了良好的效果。由于TiO₂在降解多种环境污染物所表现出来的优异性能，以及它相对于其他半导体所表现出的高化学稳定性、对人体无毒、价廉易得、催化活性强等优势，TiO₂正逐渐成为最有潜力的光催化材料。但是TiO₂是宽禁带半导体，锐钛矿型(TMC)的禁带宽度(3.2eV)使其只能吸收波长小于387nm的紫外光，而太阳光中的紫外光仅占3％～5％，TiO₂对太阳光的利用率特别低，并且TiO₂被激发后产生的光生电子和空穴非常容易复合，又大大降低了其量子转换效率。因此，一方面需要降低TiO₂的禁带宽度，增加其对可见光的吸收能力；另一方面要降低光生电子和空穴的符合率，从而来提高TiO₂的催化活性。

改变TiO₂的电子结构是提高其吸收可见光光谱宽度的有效办法。目前常用的提高TiO₂可见光催化活性的方法是金属元素(V、Cu、Fe等)或非金属元素 (N、F、S、C等)或金属元素和非金属元素共掺的方法来改变TiO₂的电子结构。采用非金属与金属共掺杂的方法可以结合两者的优点，非金属能够增强TiO₂对可见光的响应，金属离子掺杂会产生晶格缺陷，抑制电子和空穴对的复合，提高光催化的效率。其中表现性能较为优异的非金属元素和金属元素分别是N和Fe。

目前对TiO₂掺杂改性的方法很多，但其在降解农田土壤农药有机物污染中的应用并不多。授权号为CN103831290A的专利中公开了一种光催化电纺纤维膜修复多环芳烃污染土壤的制备方法，该方法需要较高的外加电场和高压电源，技术要求高，选择性低。授权号为CN105597804A的专利中公开了一种以g-C₃N₄粉末和Ti₃⁺-TiO₂/蒙脱石粉降解土壤有机污染物的制备方法，其中石墨相氮化碳成本较高，来源不丰富，对可见光利用率不高。授权号为CN106096540A的专利中公开了一种生物质活性炭负载p-TiO₂可见光催化材料的制备方法，该方法对土壤中有机污染物的吸附性能较差，效果不显著，难以广泛应用。因此设计一种原料来源广泛，对可见光利用率高，同时吸附性能优异的可见光催化材料降解农田土壤中的农药污染物很有必要。

发明内容