[发明专利]一种羟基氧化铁改性的二氧化钛复合光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种羟基氧化铁改性的二氧化钛复合光催化剂及其制备方法与应用，其是采用水热法制备FeOOH，采用溶胶凝胶法制备TiO₂溶胶，然后将FeOOH与TiO₂均匀混合后喷到玻璃纤维片上制得。该复合光催化剂通过FeOOH对TiO₂改性以拓展催化剂的光吸收波长范围，并降低催化剂中光生电子‑空穴复合率，从而有效提高其对有机污染物尤其是恶臭含硫化合物的降解。同时，该催化剂的制备方法简单易行，反应条件温和，在光催化降解有机污染物、室内外有害气体，尤其是如H₂S、SO₂、硫醇、硫醚等恶臭含硫化合物以及环境保护等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种经FeOOH改性的TiO₂复合光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

经济的快速发展、工业和农业现代化水平的逐渐提高，使人类生活水平得到了极大的提高。但是，高消耗、高投入、高污染的粗放型发展模式也带来了大气污染、矿物能源枯竭等一系列严重问题。上述问题中，由硫化氢、硫醇、硫醚、二氧化硫、三氧化硫等含硫化合物带来的污染首当其冲。以硫化氢为例，作为我国八大恶臭污染物之一，硫化氢在常温常压下易从含有硫化物的废水中逸散于大气并随风扩散，所以波及范围很大。而且硫化氢还是一种强烈的神经性毒气，其毒性与氰酸气体相当，被吸入人体后，会对呼吸系统、循环系统、消化系统及神经系统造成不同程度的影响，有资料表明长期接触硫化氢还会对人体留有后遗症。人们不得不重视硫化物的治理。

在以环境污染治理为应用背景的环境光催化方向，近年来已经取得重大研究进展，已发现上百种具有降解有机污染物活性的光催化剂。然而现有光催化剂存在光吸收性能差、吸收波长范围窄、效率低下、不稳定等问题，时刻困扰着科研工作者，环境光催化要实现人们所期望的大规模应用还面临着许多障碍。

半导体纳米材料TiO₂因其化学性质稳定、无毒和能有效去除大气和污水中的污染物而被广泛应用。但其较宽的禁带宽度（锐钛矿3.2eV，金红石3.0eV）导致TiO₂只能被紫外激发，故而在光催化脱硫的研究中较少报道。

针对以上种种问题，为了能够提高催化剂受激发的光吸收波长范围，进而提高对有机污染物、大气中有害气体尤其是恶臭类含硫化合物的降解效率，本发明通过FeOOH对TiO₂改性，制得一种FeOOH/TiO₂复合光催化剂，由于FeOOH的禁带宽度一般在2.2eV左右，能够使用563.6nm的光激发电子跃迁，且FeOOH与TiO₂可以形成异质结，故可促进电子转移，降低电子-空穴对的复合率，从而极大地改善传统光催化剂光吸收性能差导致的光催化效率低下的问题。而且相对于TiO₂体系，铁氧化物复合的光催化剂相对稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羟基氧化铁改性的二氧化钛复合光催化剂及其制备方法与应用，与传统材料相比，所得复合光催化剂具有光吸收波长范围更广、稳定性更好、量子效率更高且活性更高等优势，其可以有效地促进光生载流子的分离，提高光催化降解污染物尤其是恶臭含硫化合物的效率；同时该复合光催化剂合成方法简单、操作方便，有利于推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种羟基氧化铁改性的二氧化钛复合光催化剂，其是采用水热法制备FeOOH，采用溶胶凝胶法制备TiO₂溶胶，然后通过混合的方式将FeOOH引入TiO₂上，制得FeOOH/TiO₂复合光催化剂，其中FeOOH与TiO₂的摩尔比为(0.1-10)/100；其制备方法包括以下步骤：