[发明专利]一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明在搅拌条件下，将柠檬酸加入到无水乙醇中混合均匀，然后再加入酞酸丁酯，在温度为30～40℃条件下混合均匀得到溶液A；将Ce(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃溶解在去离子水中得到溶液B；在搅拌条件下，将溶液B逐滴滴入溶液A中，并通过硝酸或氨水调节溶液A的pH值为2～12，然后在温度为50～70℃条件下搅拌至溶液变成溶胶；将溶胶置于微波条件下处理12～24min得到凝胶，将凝胶置于温度为300～600℃条件下焙烧2～6h即得铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂。本发明的铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂可高效光催化氧化单质汞和砷化氢气体。

技术领域

本发明涉及一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法与应用，属于催化剂技术领域。

背景技术

汞是一种剧毒性物质，其在生物体内和食物链中具有积累性。汞释放到环境后将长期存在，能够通过大气长距离传输，经生物累积可对人体健康和环境造成显著不利影响。目前，我国大气汞排放污染来源主要是燃煤烟气。2017年8月16日，我国重要国际公约《关于汞的水俣公约》正式生效，中国是燃煤大国，汞污染形势严峻，研制出经济有效的汞污染排放控制手段，是我国乃至国际社会现在越来越重视的问题。自然环境中的汞存在三种形态：颗粒汞(Hg^p)，二价汞(Hg²⁺)以及单质汞(Hg⁰)，其中颗粒汞(Hg^p)可被除尘设备除去，二价汞(Hg²⁺)可溶于水易于被捕捉，而单质汞(Hg⁰)由于其具有较低的水溶性与熔点低，挥发性强等特点，难以被现有的气体净化装置去除，最终会排入大气中，对环境造成污染。

TiO₂因其稳定性好、价格低廉、无毒性，具有高催化活性，常常被作为催化剂的载体使用并广泛应用于光催化领域。目前光催化氧化单质汞存在的问题主要有：(1)光响应范围窄。传统溶胶-凝胶法制备的TiO₂的带隙较宽，只有3.2eV，仅在紫外光作用下才具有活性，只能响应紫外光段(<400nm)的光谱范围，导致该催化材料对太阳光的利用率低，在光催化反应过程中只能吸收占用太阳光总能量的5％的紫外光，无法充分利用约占太阳光光谱中约为45％的可见光段(400～750nm)的能量而白白浪费；(2)量子利用效率低。光生电子和光生空穴在极短的时间内(小于10^-9s)就能发生复合，光生电荷不能有效分离而大量无效复合是光生量子效率低的主要原因。

现有技术中尚未有光催化氧化砷化氢的方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法，本发明采用溶胶-凝胶方法制备纳米二氧化钛过程中添加Ce(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃，实现铁铈掺杂纳米二氧化钛，增强TiO₂的吸光强度，减少禁带宽度，抑制光生电子(e-)和光生空穴(h+)的重合，从而提高光催化剂的催化活性。

一种铁铈掺杂纳米二氧化钛多元复合半导体光催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)在搅拌条件下，将柠檬酸加入到无水乙醇中混合均匀，然后再加入酞酸丁酯，在温度为30～40℃条件下混合均匀得到溶液A；

(2)将Ce(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃溶解在去离子水中得到溶液B；

(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中的溶液B逐滴滴入步骤(1)的溶液A中，并通过硝酸或氨水调节溶液A的pH值为2～12，然后在温度为50～70℃条件下搅拌至溶液变成溶胶；