[发明专利]纳米TiO2/CdS复合光催化剂常温降解碳氢化合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米TiO₂/CdS复合光催化剂常温降解碳氢化合物(HC)的用途，属于无机纳米光催化材料领域。

背景技术

随着我国城市化进程的快速发展，城市机动车保有量也在不断攀升。据统计，2013年末全国民用汽车保有量达到1.37亿辆。由此造成的城市交通拥堵和严重的环境污染，已成为制约城市社会和经济发展的瓶颈之一。环境保护部发布的《2013年中国机动车污染防治年报》指出，2012年，全国机动车排放污染物4612.1万吨，其中氮降解物(NO_x)640.0万吨，颗粒物(PM)62.2万吨，碳氢化合物(HC)438.2万吨，一降解碳(CO)3471.7万吨。汽车尾气排放是大气污染物的主要贡献者，其排放的NO_x和PM超过90％，HC和CO超过70％。

常温下这些汽车排放污染物的治理十分困难，污染物在大气中有较长时间的稳定时间，特别是HC几乎无法自然分解。对HC进行降解(包括完全氧化与部分官能团化)是化学领域最富挑战性的问题之一，均相、非均相及酶催化过程都被用来解决该问题。然而，温和条件下的HC降解目前尚未有突出进展。总之，HC性能稳定，在没有外来能量输入的条件下很难被降解。

目前光催化降解烃类污染物的研究已获得越来越多的关注。H.Einaga等在2002年研究了湿润空气中TiO₂光催化剂对甲苯、环己烯及环己烷等烃类有机物的降解，发现室温下可将这些污染物降解为CO_x，但由于中间产物吸附在TiO₂表面，因此降解效率较差。P.Zhang等利用O₃辅助的TiO₂光催化技术对室内空气中微量正己烷的去除率接近50％。D.Hesse等以TiO₂为光催化剂，研究了紫外光下TiO₂对甲烷、乙烷、乙烯和丙烯的光催化降解行为，TiO₂在丙烯和乙烯的光催化降解方面表现出较好的光催化催化活性，但是对甲烷、乙烷等烷烃的光催化降解效果较差。Z.Zou等利用可见光催化剂GaN:ZnO降解多环芳烃菲、蒽、苊等，发现GaN:ZnO可见光催化剂对多环芳烃化合物具有良好的降解能力，在1-6小时内可完全降解。目前HC的光催化降解研究主要采用TiO₂光催化剂，对HC的降解效率普遍较低，而采用GaN:ZnO可见光催化剂的光催化效率明显高于TiO₂。因此提高催化剂的光能利用率是一个有效的途径。

由于TiO₂的带隙较宽，对太阳光的利用率不高且量子效率较低，光催化降解HC的能力较弱。因此开发高效、稳定的新型光催化剂具有重大意义。CdS作为一种优良的窄带隙光电材料，在太阳能电池和光解水制氢等研究方向有着大量研究。将TiO₂与CdS复合，整合TiO₂与CdS优势可以明显提高器件的性能。但是TiO₂/CdS复合光催化剂在光催化降解HC气体方面尚未见文献报道。

发明内容

为克服如上问题，本发明提供如下技术方案：

一种纳米TiO₂/CdS复合光催化剂的用途，其用于光催化降解碳氢化合物(HC)气体。

根据本发明，所述光催化降解在常温下、太阳光照射下进行。

根据本发明，所述HC气体为单一组分HC气体或多种HC气体组成的混合气。

根据本发明，所述HC气体优选为C_1-4烷烃、C_1-4烯烃、C_1-4二烯烃等，例如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙二烯等。所述光催化降解HC气体的浓度处于200ppmv以下。

根据本发明，所述的纳米TiO₂/CdS复合光催化剂的尺寸优选在30nm以下，所述复合光催化剂的比表面积优选为45-55m²/g，更优选为49.6m²/g；所述的纳米TiO₂/CdS复合光催化剂组分配比为：TiO₂与CdS的质量比范围为100:0.5-100:10。