[发明专利]一种复合光催化剂Yb2

说明书

本发明制备了Yb₂O₃/TiO₂复合光催化剂，采用X‑射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)、紫外‑可见分光光度计(固体)(UV‑VisDRS)、红外光谱(固体)(IR)等对该催化剂进行了表征，并进行光催化降解实验，通过探究Yb₂O₃的含量、煅烧温度、催化剂的用量，光催化时间对Yb₂O₃/TiO₂催化剂催化效果的影响。

技术领域

本发明涉及一种治理染料废水污染的新颖复合光催化剂，及其制备方法和应用，属于环境材料化学领域。

背景技术

在如今科技飞速发展的社会，环境问题是热点问题，也是国家迫切想去解决的难题之一。自1972年Fujishma发现了锐钛纳米TiO₂微粒在紫外光照射下可以分解水以来，半导体光催化TiO₂就成为近40年以来环境科学研究的热点(参见：A.Fujishma,K.Honda.Electrochemical photolysis of water as a semiconductor electrode[J].Nature,1972,238,37-38；郑云,潘志明,王心晨.国内光催化研究进展简述(英文)[J].催化学报,2013,34(1):524-533)。

纳米二氧化钛是一种白色、无味的粉末状固体，价格低，无毒，有强氧化性，具有很大的比表面积和合适的禁带宽度且性质比较稳定。稀土离子主要以稀土氧化物(RE₂O₃)形式均匀分布在TiO₂晶格中,稀土金属的掺杂引起了光学吸收边的“红移”(参见：许文苑.稀土掺杂纳米TiO₂的制备、性能及机理研究[D].北京：中国矿业大学,2010)，使二氧化钛的掺杂修饰可以改变催化剂的结构，从而提高催化剂的催化效率。此原理可以在工业上投入去降解有机污染物，从而使实验污水，工业废水等一系列污染物降解到浓度最低，大大降低污染物对环境河水的污染。亚甲基蓝是一种难降解且低毒的的染色剂，难免会对水源造成一定的污染，对人体造成一定的危害。研究表明，半导体之间进行耦合，主要能够使一种半导体光催化量子效率，得到有效提高(参见：崔玉民，白翠冰，苗慧，等.石墨相氮化碳与半导体光催化剂复合研究进展[J].水处理技术，2018,44(9):1-6)。因为半导体耦合，可以在二者界面之间形成异质结，这样可以充分利用两种半导体能级结构的互补性，即利用两种半导体之间的能级差，导致电子与空穴获得有效分离，达到促进光生电子与空穴对发生分离、转移、传递的目的，这样就抑制了光生电子与空穴发生复合。

然而，二氧化钛在光催化技术应用方面，还存在的技术难题，可以通过其它半导体材料与之复合，获得很好解决。通过与其它材料进行复合，不仅可以拓宽二氧化钛的光谱响应范围，实现对可见光充分利用，而且，还能有效分离光生电子－空穴对，提高其量子效率；另一方面，通过与不同半导体材料复合，不仅能充分发挥各复合基元自身的优势，而且，还可产生协同效应，实现共同催化的效果。稀土元素复合改性为二氧化钛获得更高的催化活性提供了一个重要途径。

为了提高二氧化钛光催化性能，以及提高其对可见光的利用效率，目前，国内外研究重点集中于:催化剂的固定，拓展可见光波长响应范围，提高光催化量子产率及工业化应用等三个领域。由于稀土元素具备特殊的光谱性质和电子结构，其可以在光吸收性能、表面吸附性能、晶体结构和能带结构等方面，对TiO₂光催化剂进行修饰改性，同时，还能够构造出诸多新型光催化剂体系，具有很大应用前景(参见：张文明，李玲，张华艳，等.镧掺杂纳米二氧化钛透明光触媒乳液的制备及光催化性能[J].大气与环境光学学报，2013,8(6):428-433)。

发明内容