[发明专利]Si-TiO2

说明书

本发明公开Si‑TiO₂/g‑C₃N₄三元复合光催化材料及其制备方法，制备方法为：将三聚氰胺置于管式炉中烧结并粉碎，得到g‑C₃N₄；将钛酸四丁酯与无水乙醇混合搅拌，得到溶液A；将无水乙醇、水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯和冰乙酸混合后搅拌均匀得到溶液B；将溶液A加入到溶液B中，得到混合溶液；将混合溶液置于鼓风烘箱中进行水热反应、洗涤、干燥，得到Si‑TiO₂材料；将g‑C₃N₄材料和Si‑TiO₂材料混合研磨后置于管式炉中烧结即制得三元复合光催化材料。本发明的三元复合光催化材料在300W氙灯辐照90min时,对亚甲基蓝的降解率可达90.85％。

技术领域

本发明涉及复合催化剂制备技术领域。具体地说是Si-TiO₂/g-C₃N₄三元复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

随着我国工业化、城镇化的快速发展，水资源开发利用强度大，排放污染物的数量和种类增多，尤其是有毒、难降解的有机废水，对环境的危害越来越严重，大部分城市水污染严重。在水污染中，含有大量有机污染物的工业废水对人类的危害最大，这类废水主要包括简单的芳香族化合物、脂肪酸和芳香酸、脂肪醇等，染料、农药等有机废水也包含在内。目前，常用的处理水污染方法有物理处理、化学处理、生物处理和半导体光催化技术等手段。

半导体光催化技术作为一种新型环保技术，被认为是解决能源短缺和环境污染问题的有效方法之一。TiO₂因具有价格低、无毒无害、无二次污染、稳定性好、降解完全等优点成为半导体剂的研究热点。然而，二氧化钛光催化剂存在一个瓶颈，例如，它对紫外光的响应很好。此外，光生载流子和空穴容易结合，导致光催化活性和降解效率降低。研究表明，光催化效率取决于光催化材料的光响应能力和光生电子空穴的复合速率。为了提高光催化效率，必须扩大催化剂的光吸收范围，抑制光生电子空穴的复合。研究表明TiO₂的改性方法有贵金属沉积、半导体复合、染料光敏化、离子掺杂等。这些方法可以拓宽TiO₂颗粒裸露的比表面积和提高其可见光的响应范围，提高光生载体的分离和转移效率，进而使光催化活性提高。

掺杂因具有改性方法简单、改性效果好、可以实现半导体光催化剂的可见光性等优点被广泛用于改性研究。刘楠楠等用溶胶-凝胶法制备出Fe/N、Cu/N共掺杂和Fe、Cu、N单离子掺杂的TiO₂薄膜，在可见光下，Cu/N掺杂TiO₂薄膜对盐酸四环素的降解率达到69％，对比TiO₂的光催化活性有明显的升高。Zhao等采用简单水热法成功制备了Ti³⁺、N共掺杂改性TiO₂复合材料，实验结果表明，共掺杂催化剂的光催化活性明显高于本体。王菲凤以氯化铵作为氮源，采用溶胶-凝胶法制备了N-TiO₂纳米材料，光催化降解水中的腐殖酸，当8％N-TiO₂的投加量为1mg/L时，其降解效率达80.32％。而不同禁带宽度的半导体材料以面对面的形式接触通过耦合构筑异质结进行复合，能够有效实现可见光响应特性。安涛等采用水热法制备的TiO₂/Bi₂WO₆复合材料，光催化6min后对罗丹明B的降解率达99.3％,光催化30min后对亚甲基蓝的降解率达99.7％,光催化15min后对TC-HCl的降解率达87.7％。

目前，半导体光催化材料TiO₂只对紫外光有良好的响应，加之光激发后光生电子-空穴对容易复合，降低了其光催化活性。g-C₃N₄因存在比表面积较小，可见光响应范围有限，导致其光催化活性欠佳。

发明内容