[发明专利]一种二氧化钛依次沉积纳米金和铑的光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛依次沉积纳米金和铑的光催化剂的制备方法，特别涉及依次沉积贵金属纳米颗粒制备光催化剂的方法，属于环境保护污水处理用光催化材料的制备领域。

背景技术

我国传统的废水处理方法, 如混凝沉降法、气浮法、活性污泥法等, 虽然工艺成熟, 但总的来说处理效率较低, 特别是不能有效地去除废水中低浓度且难生物降解的有机污染物。因此,急需开发有效且经济的废水处理工艺。半导体多相光催化消除和降解污染物是污染治理新技术的研究热点。研究表明, 在适当的条件下, 许多有机物经光催化降解, 能生成无毒无味的CO₂ 、H₂O 及一些简单的无机物。目前, 用于光催化降解环境污染物的催化剂多为N型半导体材料, 如TiO₂ 、ZnO 、CdS 、SnO₂ 、WO₃ 、Fe₂O₃ 等, 其中对纳米TiO₂ 的研究最多。

常规制备TiO₂存在着晶粒尺寸较大、比表面积小和分散性差等问题。与普通加热法相比，微波辐射加热不仅速率快，条件温和，效率高，而且所制备的纳米粒子比表面积大，粒径小，提高催化材料的光催化活性。在制备催化剂过程中使用超声波可以促进活性金属在TiO₂上均匀分散，能够增加活性组分渗透性使活性组分与载体充分接触，改善催化剂的表面形态，也可以使催化剂比表面积增加，最终提高催化剂反应活性．表面贵金属沉积在TiO2对提高其光催化效率和选择性是很有效的，常用的贵金属有Ag 、Au等,但在TiO2表面修饰双金属的应用较少。Au改性的TiO₂纳米催化剂，由于其自身是不活泼的催化剂，要在高温下才能显示出其催化活性，主要应用于研究不同形态的TiO₂沉积上Au后对CO的催化响应或者在有机合成中的应用且向可见光区蓝移并不明显． Ag沉积在TiO₂表面虽然使其明显地向可见光区蓝移，但是Ag本身很容易在催化过程中被氧化，作为催化剂本身在反应后期可能会变质，影响催化效果，由于Ag本身具有杀毒作用，所以在生物催化中的应用更为广泛。

本专利结合了光催化较好的介孔TiO₂和具有等离子共振吸收效果的纳米贵金属金和铑，将纳米金和铑依次沉积于二氧化钛上得到Au-Rh/TiO₂光催化剂，该催化剂降解色素效果好。该催化剂及其制备方法未见相关报道。

发明内容

本发明针对显影废水中难生物降解的有机物用常规方法难以处理的问题，提供一种二氧化钛依次沉积纳米金和铑的光催化剂及其制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将介孔TiO₂加入无水乙醇或水中，超声分散得到悬浮液，再向悬浮液中加入水溶性金化合物的水溶液进行超声分散后浸泡5～10h，然后在超声波条件下紫外光照还原1～4h，过滤、滤饼用去离子水洗涤后得到负载金的介孔TiO₂，其中，水溶性金化合物与介孔TiO₂质量比为0.0001:1～0.01:1。

（2）步骤（1）得到的负载金的介孔TiO₂加入无水乙醇或水中，超声分散得到悬浮液，再向悬浮液中加入水溶性铑化合物的水溶液进行超声分散后浸泡5～10h，然后在超声波条件下紫外光照还原1～4h，真空抽滤，滤饼用去离子水洗涤干燥后得到负载金和铑的介孔TiO₂，其中，水溶性铑化合物与负载金的介孔TiO₂质量比为0.0001:1～0.01:1。

（3）将负载金和铑的介孔TiO₂在300～500℃微波煅烧1～10h后得到二氧化钛负载纳米金和铑的光催化剂。

优选的，本发明步骤（1）和步骤（2）中所述紫外光波长为200～300nm。

优选的，本发明步骤（1）中所述水溶性金化合物为氯金酸、氯金酸钠或氯金酸钾,其水溶液的浓度为0.01~500g/L。

优选的，本发明步骤（2）中所述水溶性铑化合物为三氯化铑、硝酸铑、六氯铑酸钠或六氯铑酸钾，其水溶液的浓度为0.01~500g /L。

优选的，本发明步骤（1）中介孔TiO₂与无水乙醇或水的液固比1:2~1:6（mL:mg）；步骤（2）中负载金的介孔TiO₂与无水乙醇或水的液固比1:2~1:6（mL:mg）。