[发明专利]C和N双掺杂纳米TiO2光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，尤其涉及一种C和N双掺杂纳米TiO₂光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着建筑材料和室内装璜涂料中各种化学添加剂使用量的增加，室内空气污染越来越严重，室内空气中有机物浓度大大增加，使得室内空气污染问题日益突出。目前，甲醛、包括苯、甲苯和二甲苯在内的苯系物等挥发性有机化合物(简称VOCs)污染是室内空气的主要污染因素，成为解决室内空气污染的主要研究对象。

传统的室内VOCs净化技术主要采用活性炭吸附的方法，但是，活性炭只能将污染物从气相转移到固相，存在后处理和再生等问题。与活性炭相比，锐钛矿型纳米TiO₂催化剂可在室温下深度氧化VOCs、极少产生二次污染，具有化学性能稳定、抗磨损性能良好等优点，在室内空气VOCs治理中表现出良好的应用前景。然而，作为光催化材料，TiO₂的禁带较宽，为3.2eV，仅能吸收小于387nm的紫外光，对太阳能利用率较低；而且其载流子的复合率高、光量子产率低，光催化效率和对太阳光的利用率较低，从而制约了其在室内空气治理方面的应用。为了解决TiO₂催化剂对可见光利用的问题，相关研究人员采用金属离子掺杂的方法使TiO₂具备可见光活性，其原理为：将金属掺杂元素引入到TiO₂晶格内部，在晶格中引入新能级或形成缺陷；金属掺杂元素影响光生电子和空穴的运动状况，改变了TiO₂的能带结构，使掺杂后的TiO₂在可见光照射下具备光催化活性。该方法虽然改善了TiO₂在可见光下的活性，但是使得TiO₂在紫外区的光催化活性下降，掺杂离子还使TiO₂本身的化学稳定性变差，从而限制了其实际应用。

自2001年R.Asahi，T.Morikawa，T.Ohwahi，K.Aoki，Y Taga等人(“Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-doped Titanium Oxides”，《Science》，2001，293：269～271)在《Science》上公开了采用N取代晶格O的N掺杂TiO₂能够在不降低紫外光活性的前提下使其具有可见光活性以来，TiO₂非金属掺杂获得了广泛研究。如公开号为CN1274410C的专利文献公开了氮掺杂氧化钛介孔光催化材料的制备方法，其采用钛醇盐和硫脲为原料合成钛基前驱体，再将该前驱体在氨气氛围中煅烧，得到了具有可见光响应介孔氮掺杂氧化钛光催化剂；公开号为CN1562461的专利文献采用水热及氨气氮化法合成了硫氮阴离子双掺杂的纳米金红石相TiO₂的可见光催化剂，该光催化剂对有机染料亚甲基兰的降解要优于硫或氮单掺杂的纳米氧化钛，并且TiO₂为金红石型。

非金属C和N双掺杂的TiO₂光催化剂对室内VOCs也具有良好的降解作用，如Daimei Chen，Zhongyi Jiang，Jiaqing Geng，Qun Wang，Dong Yang等公开了以钛酸丁酯和尿素为原料，采用溶胶-凝胶法制备非金属C和N双掺杂TiO₂粉体的方法，该方法得到的光催化剂具有可见光催化活性(《Ind.Eng.Chem.Res.》，2007，46，2741-2746)，但其催化活性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种C和N双掺杂纳米TiO₂光催化剂及其制备方法，本发明提供的C和N双掺杂纳米TiO₂光催化剂具有一维纳米结构，具有良好的可见光催化活性。

本发明提供了一种C和N双掺杂纳米TiO₂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将钛源与碱液混合后进行水热反应，得到氢钛酸；

b)将所述步骤a)得到的氢钛酸浸泡于液相烷基胺类化合物中，得到吸附有烷基胺类化合物的氢钛酸；

c)将所述步骤b)得到的吸附有烷基胺类化合物的氢钛酸在无氧条件下煅烧，得到C和N双掺杂纳米TiO₂光催化剂。

优选的，所述烷基胺类化合物为乙胺、二乙胺、乙二胺、丙胺、二丙胺、丙二胺、丁胺、二丁胺、丁二胺、戊胺、二戊胺、戊二胺、己胺、二己胺或己二胺。

优选的，所述烷基胺类化合物为二乙胺或乙二胺。