[发明专利]一种金属卟啉骨架材料敏化的二氧化钛可见光响应的光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属卟啉骨架材料敏化的二氧化钛可见光响应的光催化剂的制备方法，用于可见光催化降解处理水中有机污染物。通过实验在金属卟啉骨架材料敏化剂存在的条件下原位制备二氧化钛，得到卟啉金属有机框架材料敏化的TiO₂复合催化剂，以此提高卟啉敏化TiO₂整体催化稳定性，拓宽其光响应范围，减缓空穴‑电子对的结合，增强催化剂的性能。通过考察复合催化剂在可见光条件下对水中典型有机污染物—亚甲基蓝的降解性能，实现高效可见光降解水中有机物的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于染料敏化二氧化钛的可见光响应的光催化剂的制备方法，用于可见光催化降解处理水中有机污染物。

背景技术

淡水资源匮乏的重要原因之一是印染废水的大量排放，印染废水是典型的水中有机污染 之一。每年有大量商业染料排放，排放量大。这些有机染料化学性质稳定，难以降解，对生 态环境有潜在危害。它们最大的问题之一是通过吸收和反射进入水中的阳光，影响水生细菌 的污染物降解能力。除此之外，有机染料一旦释放到水生生态系统中会引起各种环境问题， 如堵塞污水处理厂，影响水生生物的生长，增加生化氧气等。

因此，需要开发一种有效、经济的技术以降低有机污染物的浓度，减缓其排放至水生环境后造成的危害。目前，工业上可用的废水处理技术如吸附法、凝结法等仅仅将这些污染物从水中浓缩或分离出来，但不能将其完全“消除”或“破坏”为可生物降解、毒性较小的有机化合物，以及无机物CO₂,H₂O,NO₃^-,PO₄^3-。其他水处理方法如化学方法、膜技术等通常成本较高，并且往往会产生二次污染物。在众多用处理水中有机污染物的技术中，一种包括芬顿反应，光催化，超声降解，臭氧氧化的高级氧化工艺(AOPs)越来越受到重视，因为其具备高效、操作简单以及重现性好等优势。通常，AOPs涉及原位生成高活性和非选择性的化学氧化剂(H₂O₂,·OH,·O₂^-,O₃等)，将有毒的有机化合物转化为毒性较小的物质，甚至在合适的条件下，将有机分子完全降解为CO₂和H₂O。在以AOPs为机理的催化剂中，TiO₂，ZnO， Fe₂O₃，CdS，GaP等半导体催化剂被证实可有效降解各种有机污染物。同时，这些半导体催化剂作为非均相催化剂，具有完全矿化、不产生二次污染及低成本的优势。这些半导体中， TiO₂以其耐用性，低成本，低毒性，超亲水性和显着的化学和光化学稳定性，成为最受欢迎的研究对象。

但TiO₂的禁带宽度较宽，块状TiO₂的带隙能量位于紫外区域(金红石相为3.0eV，锐钛矿相为3.2eV)，这部分紫外光只占太阳能的一小部分(10％)，这极大得抑制了TiO₂在光催化领域的应用。因此，拓宽TiO₂在可见光区域的吸收范围将是提高其光催化性能的有效途径之一。

拓宽TiO₂可见光响应范围的方式主要有三种：一、掺杂其他金属元素以缩小TiO₂纳米材料禁带宽度；二、利用无机或有机化合物对TiO₂进行敏化，提高其在可见光区域的光学活性；三、耦合金属-TiO₂纳米材料颗粒表面及内部导带中的电子的集体振荡。其中，染料敏化法已经成为行之有效的方法之一。被用作纳米TiO₂敏化剂的有机染料其通常是具有低激发态的过渡金属络合物，例如聚吡啶络合物，酞菁和金属卟啉。金属离子通常为Ru(II)，Zn(II)， Mg(II)，Fe(II)和Al(III)，而配体是具有离域π轨道或芳环系统的氮杂环。但是单纯的酞菁或卟啉敏化二氧化钛存在着敏化效率低，敏化剂易聚集失活或者敏化剂本身被光降解，从而导致染料敏化方法的使用受到限制。

发明内容