[发明专利]一种表面改性可见光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种表面改性可见光催化材料及其制备方法和应用。本发明实现工艺简单可控，成本较低，效果较好且具有重复性，能有效降解环境废水中的染料，将所制得的表面改性的光催化材料用于可见光下降解环境废水中偶氮染料，发现降解甲基橙偶氮染料的降解速率和效率都大大提高。本发明能大幅度利用太阳光进行染料的光催化降解，例如，可见光照射40min内甲基橙降解效率达到94.53％，照射120min降解效率达到98.71％。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种表面改性可见光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

染料广泛的应用于食品、皮革、造纸、纺织等领域，据报道中国染料产能已占全球染料产能的60％以上，并且保持着稳步增长的趋势。染料中含有不饱和键的发色基团如偶氮键(-N＝N-)、醛基(-CHO)、亚硝基(-N＝O)、杂环等，以及增强显色的助色基团，使得染料能着色在其他物质上，其中发色基团为偶氮键的偶氮染料产量占染料产量的70％。染料制造过程中，会产生大量中间体，染料与中间体中大多含有极性基团，使得有机物水溶性很高，很容易随着废水一起排出，导致废水中染料及其中间体浓度大；染料色度高，在水中会影响水生植物光合作用，并且降低水中溶氧量影响水生生物的生长；染料废水中含有重金属Cr、Pb等，能在环境长期残留，甚至进入食物链，在生物体内积累。染料及其中间体结构稳定、抗酸、抗碱，阳光、土壤和细菌都不能将其结构破坏，因此常规水处理过程中很难去除，是一种公认的难处理的水环境污染物。染料废水处理目前常采用物理吸附、化学氧化和反渗透膜处理，但是实际大分子染料吸附具有选择性导致效果较差、氧化过程不完全、使用成本高等问题导致无法实际大规模运用。

光催化氧化技术是在室温下利用光源激发光催化剂，产生大量强氧化性的羟基自由基，能将大部分有机污染物氧化降解为无害的小分子无机物。因此用来实际处理染料废水具有很大的应用前景。目前最常见的光催化材料为TiO₂，成本低，稳定性好，无毒，但禁带宽(3.2V)且光量子效率低，只能使用低波段的高能紫外光作为激发光源，无法利用可见光，应用范围较窄。近年来为克服TiO₂禁带宽和光量子效率低的缺点，考虑对TiO₂进行金属或非金属改性。研究表明Ag₂O较窄带隙半导体(禁带宽度为1.2eV)，将Ag₂O表面改性TiO₂形成异质结体系，可以实现TiO₂在可见光范围内的光谱吸收，充分利用太阳光，从而提高光催化性能与应用范围，因此TiO₂用银改性受到广泛关注。目前研究更多的是将金属银原位掺杂到TiO₂中，虽然光催化效果不错，但对于形貌、颗粒尺寸以及焙烧条件等要求较严，制备过程比较复杂且难以控制。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明首要目的为提供一种表面改性可见光催化材料。

本发明的另一目的为提供上述表面改性可见光催化材料的制备方法。

本发明的再一目的为提供上述表面改性可见光催化材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种表面改性可见光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硝酸银溶液与表面活性剂混合均匀，加入纳米二氧化钛，搅拌混匀得到溶液A，然后经过滤、烘干得到烘干粉末；

(2)取硅藻土、步骤(1)中制得的烘干粉末与水混合，搅拌混合均匀后经烘干、焙烧，得到所述表面改性可见光催化材料。

优选的，步骤(1)所述硝酸银溶液中硝酸银的含量为0.0007～0.01g/mL，所述表面活性剂在溶液A中的含量为0.00025～0.002g/mL，所述纳米二氧化钛在溶液A中的含量为0.1～0.4g/mL。

优选的，步骤(2)所述烘干粉末在水中的含量为0.2～0.8g/mL。