[发明专利]一种可降解甲基橙有机染料的稀土掺杂改性纳米氧化钛光催化剂制备方法

说明书

本发明公开了一种可降解甲基橙有机染料的稀土掺杂改性纳米氧化钛光催化剂制备方法，该可降解甲基橙有机染料的稀土掺杂改性纳米氧化钛光催化剂制备方法采用溶胶‑凝胶法将稀土离子引入到TiO₂晶格中，使得晶格中引入新电荷，形成缺陷或改变晶格类型，影响光生电子‑空穴的运动状况，调整其分布状态或者改变TiO₂的能带结构，最终导致TiO₂的光催化活性发生改变。制得的稀土掺杂改性纳米TiO₂粉体的颗粒均匀，晶粒粒径在10～35nm范围内，光催化性能在掺杂后得到明显提高，使其吸收光谱向可见光方向移动；稀土离子掺杂可以抑制TiO₂锐钛矿相向金红石相的转变，提高相转变温度；还可以抑制纳米晶体的生长，起到细化晶粒的作用。

技术领域

本发明涉及光催化剂制备工艺的技术领域，尤其涉及一种可降解甲基橙有机染料的稀土掺杂改性纳米氧化钛光催化剂制备方法。

背景技术

环境污染的治理已经成为世界各国科学工作者重点研究的问题。水资源污染是环境污染中的突出对象，提高污水处理技术是环保领域广泛研究的热点。光催化氧化法能耗低，能有效地将有机污染物转化为H2O、CO2、无机离子等小分子，达到完全矿化的目的，避免了二次污染。目前国内对该技术大都还只限于实验室研究水平，且进展缓慢。

长期以来，对污染物的处理主要采取物理分离法、化学氧化法和生物处理法，这些方法在起到了一定程度的作用，但是都还存在局限性。物理分离法只是将污染物浓缩或从一相转移到另一相，污染物并为消除；化学氧化法不能将有机物彻底分解，产生二次污染；生物处理法受温度、pH值和污染物种类的限制。

光催化技术能有效消除水中的各类有机污染物如烷烃、酚类、简单的芳香化合物及其卤代物、羧酸、含氮有机物、染料、有机杀虫剂等，并能将有机污染物彻底转化为无毒的H₂O、CO₂、PO₄^3-、SO₄^2-、NO^3-、卤素离子等无机小分子，达到完全矿化的目的，具有传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的优势，光催化技术可利用太阳光在室温下发生反应，反应条件温和、比较经济。因此，光催化是一种具有广阔前景的绿色环保治理技术。

中国染料生产量已经位居世界第一，出口量世界第三，随之而来的染料废水污染问题日益严重。染料生产过程中投入的原料大部分是芳烃化合物和杂环化合物，并带有显色基团(如-N＝N-、-N＝O)和极性基团(如-SO₃Na、-OH、-NH₂)，副反应多，产品回收率低，因而染料生产过程中排放的废水具有成分复杂、色度高、毒性大、可生化性差的特点，加上染料生产朝着抗光解、抗氧化方向发展，使得染料废水处理成为废水处理中的难题。理论上，许多物理化学方法都可以用于染料废水的脱色处理，但都存在一些致命缺陷。而光催化氧化法能将染料分子逐步氧化成CO₂、H₂O、无机离子等小分子，是最有潜力的水污染治理技术，随着太阳能技术的发展，利用光催化技术处理染料废水将成为主流。

光催化降解环境有机污染物的优点突出，能将有机污染物完全转化成二氧化碳、水和其它矿物质，不会对环境造成二次污染。光催化氧化以N型半导体为催化剂，主要有TiO₂、ZnO、CdS、Fe₂O₃、WO₃等。在这些半导体光催化剂中，TiO₂以其光催化活性最高^[46]，化学稳定性好，价格低廉，使用安全等特点，成为最具竞争力的光催化材料，被广泛应用于环境和废水处理研究中。