[发明专利]一种纳米焦磷酸氧钛光触媒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光触媒，具体是一种纳米焦磷酸氧钛光触媒及其制备方法。

背景技术

二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、氧化锡、硫化镉等光催化材料(又称光触媒)在紫外光照射下，其价带上的电子(e-)可被激发跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴(h+)，同时生成具有极强氧化作用的活性氧和氢氧自由基，能将有机染料、甲醛、苯与苯系物、氨、挥发性有机物(TVOC)、细菌等氧化分解成无害的CO₂、H₂O等对人体无毒害的物质。但上述光触媒要产生较高的光催化效率，通常需要采用波长在400nm以下的紫外光源作为激发源，若需要光触媒在短时间内快速高效地发挥光催化氧化去除污染物的作用，则需要以波长小于300nm的中短波长紫外光作为激发源。这样会带来两个明显的不良影响：其一是众所周知的紫外光辐照对人的危害性，即人在长时间暴露在紫外光特别是中短波长紫外光下时，会直接损伤人的皮肤与皮下组织细胞中的DNA，严重时导致细胞突变等恶性后果，因此这极大地限制了前述光催化材料在人们生活与工作场所(如家居与办公室内、医院、学校、酒店等)的应用；其二是采用紫外光发生装置，特别是在大面积长时间使用时，会消耗较多的电能。

此外，氧化锌、氧化锡、硫化镉等光触媒的化学稳定性较差，遇酸、碱环境容易变质而失去光催化活性，诸如硫化镉变质后还将释放出对人体和环境有害的镉元素，造成环境的二次污染。

因此，开发可利用自然光源作为激发源、化学稳定性好、没有二次污染的新型光触媒，是光催化领域的重要发展方向之一。考虑到日光具有存在广泛、清洁、丰富、再生性强等优点，日光的有效利用非常有利于缓解地球能源枯竭压力和减少环境污染，联合国已经将新型纳米光触媒的开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。

目前，含钛物质中以氧化钛的化学稳定性好、紫外光催化氧化性能突出，是最早应用于光催化领域的材料之一，但需要功率较高的紫外光持续照射激发才能体现出较强的光催化活性，其应用受到了极大的限制；国内公开的发明专利[孔继周，李爱东，吴迪，等.一种钛酸锌光催化剂、其制备方法及应用.CN101337182，2009-1-7]报道了一种新型的钛酸锌复合氧化物光催化剂，该催化剂在太阳光照射下对污水中有机染料体现出优良的光催化性能。此外，含钛的磷酸钛氧钾(KTP)晶体是一种优良的非线性光学晶体，被用于制作电子倍频器；磷酸钛则已经作为乙烷氧化成乙烯的工业催化剂在应用。这两种含钛磷酸盐的光催化性能与应用则未见任何报道。

基于氧化钛中钛元素的光催化活性，以及磷酸氧钛对有机物乙烷所体现出的催化氧化活性，本发明成功开发了一种纳米焦磷酸氧钛新型光触媒，该纳米焦磷酸氧钛新型光触媒的化学稳定性好，且本发明同时公开的其制备方法简单易控，更重要的是，该新型纳米光触媒在日光和接近可见光的弱的长波紫外光照射下，体现出对有机染料污染废水中的甲基橙、甲基紫、罗丹明B具有优良的光催化氧化降解能力，证实了所发明的纳米焦磷酸氧钛是一种对日光和弱紫外光具有光催化响应的新型光触媒。本发明公开的纳米焦磷酸氧钛新型光触媒及其制备方法以及在有机污染废水净化领域的应用还未见有任何相关报道，而且本发明所开发的纳米焦磷酸氧钛新型光触媒在空气污染的光催化治理领域也具有潜在的广阔应用前景。

发明内容

本发明的目的在于以无机或有机钛原料、无机或有机磷原料，水或醇为溶剂，水溶性或醇溶性好的表面活性剂为分散剂，采用简便可控的工艺流程制备出对水中有机染料具有优异的光降解活性的纳米焦磷酸氧钛光触媒，为含有机染料污水的净化治理提供新的高活性材料及其新的制备途径。

1、本发明所述的一种纳米焦磷酸氧钛新型光触媒：

本发明的第一个突出优点在于成功开发出了在日光或紫外光照射下对有机染料具有优良光催化降解性能的纳米焦磷酸氧钛新型光触媒，是由纯的磷酸氧钛超细粉体构成，超细粉体的尺寸为10～60nm，尤其是采用日光作为催化降解光源、光催化材料用量为3克/升时，两小时对15毫克/升甲基橙污水的降解率为82.3％，三小时降解率达到95.5％，五小时降解率接近100％，这表明在利用日光的节能模式下，本发明所制备的纳米焦磷酸氧钛新型光触媒即体现出极佳的光催化降解性能。