[发明专利]一种硼氮共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种硼氮共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，以硫酸钛为钛源、以氨水为沉淀剂和氮源以及硼酸作为硼源，采用简单的沉淀法联合固相热解法制备了硼氮共掺杂的二氧化钛光催化剂；包括：(1)氮单掺杂的二氧化钛前驱物的制备；(2)硼氮共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备。本发明方法操作简便，制备出的光催化剂具有较好的形貌和较高的光催化性能。同时以纳米半导体材料作为光催化剂，通过与抗生素污染物分子的界面相互作用实现特殊的催化或转化效应，使催化剂表面的氧气及水分子转化成超氧自由基、羟基自由基等具有强氧化性的物质，从而达到催化去除水环境中抗生素残留的目的，该方法不会造成资源浪费与二次污染的形成，且操作简便。

技术领域

本发明涉及环境材料制备技术领域，具体为一种硼氮共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

TiO₂光催化剂因具有廉价、化学稳定性高、绿色高效等优点倍受人们的关注，但是，由于其宽的禁带使得传统的TiO₂只能利用太阳光中不足5%的紫外辐射；而且TiO₂电产生的光生电子和空穴复合几率高，导致光催化效率较低。因此，为了解决以上两个问题，科研工作者对TiO₂进行了一系列的改进研究，主要有贵金属沉积、离子掺杂、半导体材料复合、表面光敏化以及表面酸碱修饰等以提高TiO₂光催化剂的光催化活性，促进TiO₂光催化技术的应用。由于贵金属成本相对较高，限制了贵金属沉积法在实际中的应用，而且贵金属沉积过高时可能会发生团聚，容易成为电子和空穴复合的中心，降低其光催化活性。而表面光敏化所用的光敏化剂必须满足：容易吸附在TiO₂表面，并且其激化态能级与TiO₂的导带能级相匹配。但是目前常用的大多数光敏剂只能吸收部分太阳光，对太阳光的利用率低，而且光敏剂与同样吸附在TiO₂表面的污染物间存在吸附竞争，另外光敏剂在光照下也会发生自身降解，因此该方法的实际应用较难。

对TiO₂的晶格中进行掺杂离子，产生缺陷甚至可以改变晶型，可以促进光生电子和空穴的有效分离或扩大TiO₂的光响应范围，从而改变光催化剂的光催化活性。离子掺杂主要包括金属离子单掺杂、非金属离子单掺杂和共掺杂等方法。离子共掺杂TiO₂避免了单一掺杂带来的弊端，以更好地提高TiO₂的光催化活性，已有研究表明共掺杂后的TiO₂光催化剂吸收带红移，在紫外和可见光照下对污染物的光催化降解性能提高。

因此，通过掺杂提高TiO₂催化剂的光催化降解性能，是一个值得研究的问题。

发明内容

为了满足上述技术发展的需要，本发明提供了一种以简单的沉淀法联合固相热解法制备硼氮共掺杂的TiO₂纳米光催化剂的制备方法与应用。

本发明的目的以如下方式实现：

一种硼氮共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一：氮单掺杂TiO₂前驱体的制备；步骤二：硼氮共掺杂TiO₂的制备；

所述的步骤一中氮单掺杂TiO₂前驱体的制备方法为：先称取设定量的硫酸钛于烧杯中，向烧杯中加入设定量的超纯水，超声使硫酸钛充分溶解，然后将烧杯置于磁力搅拌器上进行充分搅拌，采用分液漏斗向烧杯中逐滴加入氨水；用pH计实时检测溶液的pH值，直到pH值上升到11为止，停止加入氨水，继续搅拌30分钟后静置10分钟，将得到的浅黄色的溶胶转向布氏漏斗进行真空过滤，并分别用超纯水和乙醇洗涤溶胶2~3次，将得到的沉淀于干燥箱中在80℃下烘8小时，制得氮单掺杂TiO₂前驱体；