[发明专利]一种二氧化钛可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型二氧化钛可见光催化剂，以及该催化剂的制备方法。本发明提供的催化剂可用于工业废水中的染料降解，室内挥发性有机气体的光催化降解等领域，属于光催化剂技术领域。

背景技术

半导体光催化氧化法在环境治理领域，特别是在处理低浓度生物难降解有机废水方面具有广阔的应用前景。目前在光催化领域所采用的光催化剂多为n型半导体材料，如TiO₂，ZnO，Fe₂O₃，SnO₂，CdS，WO₃等，其中纳米TiO₂由于具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价廉等优点而最受重视，具有广阔的应用前景。在紫外线照射下，二氧化钛光催化剂可催化分解室内有害气体、大气污染气体和水中有机污染物。但由于其禁带较宽(Eg＝3.2eV)，只能被太阳光中波长小于387nm区间的光所激发，而这个区间的光能仅占太阳能的3-5％左右。因此TiO₂光催化剂对可见光的光谱响应差，在直接利用太阳能进行光催化环境污染治理方面受到很大限制。

如果能将TiO₂光催化剂的光谱利用范围扩展到可见光区，则可充分利用太阳光源，太阳光利用率可由百分之几提高至百分之几十，可大幅度降低设备投资和运行成本，为大规模的工业化推广应用打下科学基础。另一方面，由于纳米材料所独有的量子尺寸效应和表面效应，纳米二氧化钛光催化剂比常规二氧化铁光催化剂具有更高的光催化效率，因此，能被可见光激发的晶粒尺寸在纳米数量级的二氧化铁光催化剂，将是一种理想的光催化剂，也是值得研究的课题。目前有关文献提出采用半导体表面改性技术将二氧化铁光催化剂的光谱利用范围向可见光区扩展，例如：(1)半导体表面贵金属沉积，采用浸渍还原法和光还原法等沉积方法，可提高光催化活性，并使光催化剂的吸收波长范围扩大；(2)半导体的金属离子掺杂，采用浸渍后高温焙烧、光辅助沉积、共溶液掺杂法等，不仅可加强半导体的光催化作用，还可能使半导体的吸收波长范围扩展到可见光区域；(3)半导体的光敏化，将光活性化合物以物理和化学吸附于半导体表面。(4)复合半导体，用浸渍法和混合溶胶法制备出二元和多元复合半导体，其光催化性质高于单个半导体等等。但是这些改性或敏化的方法都有些不足之处。最新研究表明，采用不同离子共掺杂或阴、阳离子共掺杂等方法可以进一步扩大TiO₂光催化剂的光吸收范围并提高其催化活性。因此，可以预见，将阳离子和阴离子共同掺杂TiO₂催化剂上会对TiO₂的许多性质有改变。非金属与金属对二氧化钛的共掺杂，分别利用了非金属掺杂减小禁带宽度，扩大光响应范围和金属掺杂捕获光生电子和空穴，抑制电子-空穴复合的特点，来提高二氧化钛的光催化效率。

单一金属离子或非金属离子的掺杂只限于一定程度上对二氧化钛性能的提高，而双元素或多元素的掺杂则可以充分利用两种或多种元素的特点及其协同作用，在较大程度上提高二氧化钛的光催化性能。与未经掺杂或单一掺杂的光催化剂相比，共掺杂的二氧化钛的带隙变得更窄，因此对可见光的响应增强，在可见光下的活性增强，更适合于实际应用。

为了扩大新型二氧化钛的应用领域，本发明采用常温常压下的溶胶凝胶法，在空气氛围中煅烧制备了共掺杂的纳米级二氧化钛可见光催化剂，并模拟染料废水做了光催化实验，取得了较好的效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种光吸收范围宽、催化活性强的新型高效二氧化钛可见光催化剂。

本发明的另一目的在于提供一种制备简单，应用领域广的二氧化钛可见光催化剂的制备方法。

本发明所述的二氧化钛可见光催化剂为铋和硫脲共掺杂的TiO₂，其分子式为TiO₂Bi_xS_y(0.015≤x≤0.075，0.0085≤y≤0.0095)