[发明专利]以叶黄素光敏活性物质为模板制备掺杂铈离子的介孔二氧化钛光催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种以叶黄素光敏活性物质为模板制备掺杂铈离子的介孔二氧化钛光催化剂的方法，以叶黄素光敏活性物质为模板、制备掺杂铈离子的介孔二氧化钛光催化剂的方法，属精细化工技术领域。本发明利用溶剂热法通过使用叶黄素光敏活性物质作为模板剂、稀土元素铈金属离子掺杂，制备出的介孔二氧化钛材料光催化降解有机污染物的反应活性得到显著提高。本发明制备介孔二氧化钛光催化剂的模板来源于万寿菊提取的叶黄素，并且掺杂铈离子的锐钛矿型介孔二氧化钛光催化剂还可特效应用于处理万寿菊花提取叶黄素工艺产生的废水。本发明提供了一种稳定、可靠、低成本、无污染、高催化活性的介孔二氧化钛的合成方法。

技术领域

本发明涉及一种以模板法、掺杂金属离子制备锐钛矿型介孔二氧化钛光催化剂的方法，特别是掺杂铈离子的介孔二氧化钛的优良光催化降解性能的材料，是制备的光催化剂可特效应用于处理万寿菊提取叶黄素工艺产生的废水。属精细化工技术领域。

背景技术

将纳米材料作为光催化剂应用得比较多的是纳米半导体材料，当用能量大于半导体禁带宽度的光照射纳米半导体催化剂时，半导体催化剂的纳米粒子就会吸收光并产生电子-空穴对，当在一定作用力条件下，电子与空穴就发生分离并分别在纳米半导体粒子表面上进行氧化反应和还原反应，从而达到光催化的目的。纳米半导体光催化剂能有效地降解水中的污染物。二氧化钛 (TiO₂) 属N型光电导半导体材料，是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料, 其禁带宽度为3.2 eV, 具有独特的光电化学性能，在光催化、催化聚合、光致发光、电致发光、传感器、红外窗口材料等许多领域有着广泛的应用，其性能受到TiO₂颗粒尺寸大小和形状等的影响。

过渡金属离子、稀土离子、非金属掺杂（N、C、F、S）等掺杂对二氧化钛复合氧化物体系的光催化性能研究报导较多，通过半导体表面修饰、表面螯合或衍生、贵金属沉积、表面敏化和金属离子掺杂等手段延伸光响应范围和提高光催化活性，研究不同的掺杂离子催化体系的二氧化钛的光催化性能和空穴电子复合之间的联系，掺杂体系的晶体结构和表面物化性质， 如晶相( 锐钛矿, 金红石, 无定形)、比表面积、晶粒尺寸和表面羟基的角度讨论与光催化活性的关系、晶格膨胀对光催化的促进作用。

合成同时具有高结晶度、大比表面积和高热稳定性的锐钛矿相多孔纳米TiO₂光催化剂有利于大大提高催化剂的光催化活性。然而，同时获得同时具备这些特性的TiO₂光催化剂目前仍是一挑战性课题。虽然染料光敏化技术也是提高二氧化钛光催化效率的有效手段，专利以酞菁（1680021）、苝醌类（200710065747.5）敏化二氧化钛。但敏化剂激发态注入半导体导带的电子容易发生反向复合；敏化剂吸光时，占据TiO₂的表面吸附位会影响TiO₂活性位，有机污染物与敏化剂和TiO₂的竞争吸附，导致降低自由基对污染物的降解作用。而模板技术具有维持高结晶度、大比表面积和高热稳定性的优势，常用的模板往往是一些表面活性剂 (例如：嵌段聚合物 P123、季铵盐类阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵等)或硬模板 (例如：介孔二氧化硅、阳极氧化铝等)。近年来液晶模板、聚合物模板、乳液模板技术同时得到了深入发展。

叶黄素化学名： 3,3—二羟基—α—胡萝卜素，英文名Lutein, Xanthophyll ，别称植物黄体素，化学式C₄₀H₅₆O₂ ，分子量568.85， CAS号127-40-2，是一种脂溶性含氧类胡萝卜素，无V_A 活性，广泛存在于蔬菜、花卉、水果与某些藻类生物中。

发明内容

本发明针对现有技术制备二氧化钛光催化剂比表面积小，形貌单一，可见光催化活性低的问题，发明一种以叶黄素（顺式异构体结构）为模板、掺杂金属离子制备介孔二氧化钛光催化剂的方法，其发明目的是制备出能精确保持光敏剂模板的特征结构，且能高效光催化降解万寿菊提取叶黄素工艺产生废水的催化剂。