[发明专利]功能纳米TiO2/Cu2O异相Fenton薄膜及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及具有可见光杀菌、杀藻、杀癌细胞和降解有机污染物等功能的纳米TiO₂/Cu₂O异相Fenton薄膜及制备方法和应用。属于半导体纳米材料复合技术与可见光催化氧化技术的结合，所得的异相Fenton薄膜可用在建筑室内杀菌、降解有机物清洁涂料、建筑室外自洁净涂料、金属防污涂层、公共场所的杀菌涂层、医院特殊杀菌涂层、日用化工产品等方面。

背景技术

光氧化技术主要利用强氧化剂产生具有强氧化能力的氢氧自由基(·OH)来彻底矿化有机污染物或杀灭细菌、藻类，属于高级氧化技术。过氧化氢(H₂O₂)与Fe²⁺一起构成的Fenton试剂(H₂O₂+Fe²⁺)就是光氧化技术中的一种。Esplugas.S(Water Res.2002，36(4)，1034)小组的研究表明在高级氧化技术如O₃、O₃/H₂O₂、UV、UV/O₃、UV/H₂O₂、O₃/UV/H₂O₂和电化学过程等降解苯酚的过程中，Fenton试剂是最快的。除了废水处理之外，它还可用于废渣、沉淀、土壤的纯化、生物活性污泥的脱水等，也可用于化工制备。但是，H₂O₂价格昂贵，而且由于在反应过程中，中间产物会与氢氧自由基发生自消耗反应，最终导致H₂O₂利用率不高，需要快速补充，使使用成本很快提高。

多相光催化技术是一种将光转变为化学能的过程。其中，TiO₂是一种研究得最多的光催化剂，但其只能在UV光下工作，虽然人们采用了掺杂、复合、移植金属等方法来使其吸收光波长红移，但最终效果并不是很明显。半导体氧化亚铜(Cu₂O)的直接禁带宽度约为2.0eV，完全可在可见光的辐射下产生电子和空穴，在制氢、超导、太阳能电池和电极材料方面有重要应用。它也被用于可见光降解有机污染物(Appl.Cata.A：Gen.2006，299，292)。有报道将Cu⁺沉积在沸石表面在可见光照射下将NOx分解为N₂和O₂(Appl.Surf.Sci.2001，174，177)。在Cu₂O的多相光催化研究中我们发现：作为半导体材料，Cu₂O的光催化原理与二氧化钛的存在很大区别，Cu₂O的导带电位很负，导致激发产生的导带电子具有很强的还原特性，在可见光存在下将吸附在表面的氧气氧化为H₂O₂，与Fe²⁺一起就构成了Fenton试剂(Appl.Cata.A：Gen.2006，299，292)。

然而，窄禁带的半导体用于光催化剂存在光激发的载流子传输效率不高、容易复合的问题[Chem.Rev.1998，171，175]。同时，Cu₂O长时间与水接触容易被加速氧化而失去光催化活性。解决这个问题的办法之一就是将Cu₂O与其他的半导体或导体进行复合[Appl.Cata.B-Environ.2004，52，287]。同时为了满足实际应用需要，异相Fenton试剂或薄膜的研究正在受到人们广泛的关注。

发明内容

本发明选用二氧化钛(TiO₂)来与Cu₂O进行复合，因为TiO₂的导带电位比Cu₂O的正，而且TiO₂很容易得到电子形成稳定的三价钛。将Cu₂O与TiO₂通过化学方法复合在一起，并用无机粘合剂将之固定在衬底表面，固化后形成了具有很强可见光催化活性的异相Fenton薄膜，组成该薄膜的纳米复合材料不仅化学稳定性好，而且该薄膜具有很多功能，具有广泛的应用前景。

本发明的原理为：