[发明专利]一种纳米银/硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂制备

说明书

本发明公开了一种纳米银/硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂制备，其特点是其特点是将硅碎屑或硅废液提取的硅颗粒表面复合纳米银颗粒，然后在银/硅颗粒表面再复合二氧化钛颗粒，制得银/硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂。本发明与现有技术相比具有粒度均匀、比表面积大和良好的可见光波段吸收特性，其中核心为硅颗粒，可以吸收近红外光，增强光生电子‑空穴对的产生，并通过复合结构和银颗粒的增加，加强电子空穴的转移、表面等离子共振效应，大大提升了二氧化钛作为光催化剂在可见光波段的吸收效果，工艺简单，原料易得，成本低，利于工业化规模生产。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其是一种纳米银/硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂制备。

背景技术

光催化即利用一些半导体材料能够吸收光辐射能量来降解有机大分子的过程，在整个过程中，催化剂不参与化学反应，整个反应前后催化剂能够始终保持自身性质，不会对环境产生附加污染，是近些年研究者一直致力研究如何缓解日渐严重的污染重要方向。目前常用的水、气、光催化材料包括二氧化钛(TiO₂)；氧化锌(ZnO)；氧化锡(SnO₂)；二氧化锆(ZrO₂);硫化镉(CdS) 、硫化锌(ZnS)等，在众多光催化材料中，TiO₂的降解效率最高。二氧化钛本身带隙宽度在3.2eV，这就导致吸收波长在390nm附近，处于紫外光区，对太阳光的利用率仅为4%。显然仅仅靠二氧化钛对紫外光的吸收来实现光催化难以实现工业化应用，为此很多学者尝试对二氧化钛材料进行改性，其中不乏通过掺杂或包裹贵金属在二氧化钛表面，使吸收峰红移至可见光区域，以此来提高其光催化特性。但是，纯TiO₂材料的光吸收峰主要在紫外区域，从而提高其光催化能效，由于成本因素成为该材料大规模应用的主要阻碍。

太阳光中波长大于可见光的红外线（760nm），红外区占太阳辐射总能量的约43%，因此，可以进一步利用吸收红外光来提高光催化效率。硅的禁带宽度为1.12ev，单独作为光催化材料，降解能力不佳，可以利用硅在近红外区域的光吸收（1100nm左右），与TiO₂复合，提升光催化效率。另外，近些年来基于硅电池的光伏产业取得了飞速发展，硅是制造太阳能电池组板块的一种核心材料，在切割太阳能板的时会产生大量的硅碎屑，特别是基于单晶硅太阳能生产工艺的金刚石线切割硅废液中，硅纯度高、颗粒度小、产量大，是复合材料制备的理想原物料。能够利用光伏产业产生的硅粉碎屑废料，无疑有助于资源利用最大化，符合新时代的发展要求，结合光催化行业的前景，纳微米硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂可具有重要的实用价值。

国内外的学者研究方向主要集中在通过贵重金属如Ag，Pt等的掺杂包裹提高TiO₂的可见光催化效率，除此之外还有一些学者致力于对二氧化钛表面进行改性研究，而结合工业产生的硅粉碎屑来提升其性能的研究却鲜少见到，因此，开发出能够和硅粉结合二氧化钛光催化材料无疑具有很大的吸引力，在面对当前日益增多生活和工业污水，造成的水体富营养化，使得生态环境正面临越来越严峻的考验，毫无疑问，光催化剂在解决这些问题上具有广阔的市场价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种纳米银/硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂制备，利用光伏生产的硅碎屑或硅废液提取的纳微米硅颗粒表面复合纳米银颗粒，然后在银/硅颗粒表面再复合二氧化钛颗粒，其中核心为硅颗粒，可以吸收近红外光，增强光生电子-空穴对的产生，并通过复合结构和银颗粒的增加，加强电子空穴的转移、表面等离子共振效应，大大提升了二氧化钛作为光催化剂在可见光波段的吸收效果，该纳米颗粒具有粒度均匀和比表面积大的环绕式结构，作为催化剂用于水体或空气中大分子有机颗粒物降解，可高效地光催化降解被吸附的有机污染物，制备工艺简单，生产成本低，降解效果好，利于工业化规模生产前景。