[发明专利]掺杂改性的二氧化钛可见光光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂的制备领域，具体涉及一种掺杂改性的二氧化钛可见光光催化剂及其制备方法。

背景技术

TiO₂是一种典型光催化剂，具有无毒、价廉易得、化学性质稳定、光催化活性高等优异物理化学性能，被广泛应用于光催化裂解水、光降解污染物、太阳能电池等领域。在常温条件下，经紫外光照射，在表面产生羟基自由基·OH、超氧离子·O₂^-、氢过氧基·HO₂等具有强氧化还原活性基团，能够将有机物直接降解为CO₂和H₂O等无机小分子。由于TiO₂存在着光吸收波长范围狭窄和光生载流子的复合率很高的问题，限制了其应用。对其进行改性是一种最为有效的方式。

草木灰、海藻灰原料易得，含多种金属离子与非金属离子，海藻灰还富含碘元素。非金属元素能在TiO₂晶格中引入氧空位或用取代部分氧空位，窄化TiO₂的禁带，从而吸收可见光，扩宽辐射光的响应范围。金属元素可使TiO₂局部晶格发生畸变，在禁带中产生相应的杂质能级，施主、受主杂质能级可延长光生电子或空穴的寿命，提高光催化性能。草木灰、海藻灰通过对TiO₂的金属元素和非金属元素共混掺杂，提高可见光的利用率、光催化效率。

糠麸类物质中富含维生素、植物醇、氨基酸、脂肪酸等小分子有机物，与TiO₂结合，实现有机-无机杂化，可提高TiO₂光生电子和空穴的分离效率。糠麸类物质的蛋白质、纤维素等多糖，可提供模板，生成不同形态结构的TiO₂，此外糠麸成为TiO₂的载体，生成高比表面的负载型TiO₂可见光光催化剂，提高光降解效率，也更易于回收。通过乙醇的浸渍，超声波处理，有利于糠麸小分子有机质溶出，乙醇也有助于控制钛醇盐水解速率。

通过以上几种掺杂改性的综合作用，改善TiO₂光催效率不高、光响应范围窄、回收难等问题。所选用的原料，都是生产过程中常见的低价值副产物，本发明亦是对其高值利用。

发明内容

本发明的目的在于为空气、土壤及污水中有机污染物降解净化而提供一种具有良好可见光光催化降解效果的光催化剂，该光催化剂扩宽TiO₂对辐射光的响应范围，减少电子空穴对的复合率，有效提高提高可见光的利用率、光催化效率。

本发明的目的是这样实现的，所述的掺杂改性的二氧化钛可见光光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将糠麸于乙醇中浸渍并超声波处理10~60分钟，在pH 2~7的条件下将钛醇盐与糠麸搅拌水解，糠麸加入量为钛醇盐质量的0.1~10%，通过调节pH制得TiO₂溶胶；

(2)将生物质灰加入TiO₂溶胶中，生物质灰加入量为TiO₂溶胶质量的0.5~5%，常温下搅拌0.5~3h，制得生物质灰-TiO₂溶胶混合物；

(3)将生物质灰-TiO₂溶胶混合物烘干至凝胶状态；

(4)将上述凝胶煅烧1~5h得到改性二氧化钛可见光光催化剂。

所述的钛醇盐是指钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯或钛酸四乙酯。

所述的糠麸是指米糠、麦麸、高梁糠或谷糠中的一种或多种，粒径为50~300目。

所述的生物质灰是指草木灰和海藻灰的混合物，质量配比为1:0.5~10。

上述步骤（1）所述的超声波处理，超声波功率为200~1000W，超声波频率为20~80kHz。

步骤（3）所述的烘干温度条件为80℃、100℃、120℃梯度温度下依序各烘干1~2h，所述搅拌转速为400~1200r/min。

步骤（4）所述煅烧采用马弗炉煅烧，升温速率为5℃/min，煅烧温度为200~500℃。

本发明上述的方法制得掺杂改性的二氧化钛可见光光催化剂。

具体地说，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的掺杂改性的二氧化钛可见光光催化剂的其制备方法，由以下步骤组成：

(1) 将糠麸于乙醇中浸渍并超声波处理10~60分钟，在pH 2~7的条件下将钛醇盐与糠麸搅拌水解，糠麸加入量为钛醇盐质量的0.1~10%，通过调节pH制得TiO₂溶胶。