[发明专利]一种用于去除氮氧化合物的可见光催化空气净化催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于去除氮氧化合物的可见光催化空气净化催化剂及其制备方法，该催化剂为具有微观泡沫骨架结构的C₃N₄/TiO₂催化剂。本发明通过多元醇在高温下发生热解形成了连续的泡沫网状结构有助于NO_x在催化剂表面的吸附，在可见光光照下C₃N₄量子点和TiO₂量子点形成的异质结构有效地促进了光生载流子的分离，减少了光生载流子的迁移距离，异质结构对NO_x的氧化活性显著增加；本发明制备的C₃N₄/TiO₂催化剂活性高、稳定性好，具有较大的潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体涉及一种用于去除氮氧化合物的可见光催化空气净化催化剂的制备方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展及燃油汽车的日益普及，发动机在大负荷工作时排放出大量的含氮气体，其中的NO毒性较小，但是很快被氧化生成毒性较大的NO₂和其它氮氧化合物，这些氮氧化合物统称为NO_x。NO_x含量日益增多不仅造成了严重的环境污染而且正在危害人民的身体健康。一系列措施如选择性催化还原、选择性非催化还原及生物处理技术被广泛应用于去除高浓度的氮氧化合物，但是对于NO_x的浓度降低到ppb数量级时，上述方法对于氮氧化合物去除效率很低，难以应用于室内及汽车等相对密闭环境。

二氧化钛因成本低廉、使用方便和安全环保等优点，在环境保护及紫外防护中受到了广泛关注，但是其禁带宽度为3.2eV，只有在紫外光的激发下才能产生光生电子空穴对，表现出优异的光催化氧化活性，但光生电子迁移速度非常快，极易与空穴快速复合导致催化剂的活性大大降低；另一方面太阳光中紫外光仅占4％，光的利用效率极低。为了充分利用太阳光，就需要催化剂对长波太阳光具有良好的吸收。解决上述问题的有效办法就是制备既能够充分吸收可见光又能将光生载流子和电子空穴分离的半导体构成异质结催化剂。专利CN 202010270726.2公开了一种原位合成Bi₂O₃/CuBiO₄异质结的方法，改善了两种金属氧化物组分之间的兼容性问题，但催化剂对污染物NO_x的吸附能力并没有显著变化。因此，开发一种既能有效吸附NO_x又能充分利用异质结将污染物快速消除的光催化空气净化催化剂具有重要意义。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种利用可见光催化技术去除低浓度氮氧化合物的光催化剂及其制备方法，旨在使所得催化剂具有微观泡沫状骨架结构，且稳定性好、对氮氧化物的降解率高。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种用于去除氮氧化合物的可见光催化空气净化催化剂的制备方法，其特点在于：

步骤1、向烧杯中加入10-30mL多元醇，然后边搅拌边滴加0.2-3.0mL液态钛源，获得粘稠状溶液；

步骤2、将5-30mL无水一元醇快速加入步骤1所述粘稠状溶液中，然后再加入0-20g的氮源，继续搅拌，形成透明无色溶液；

步骤3、将步骤2所得透明无色溶液转移至鼓风烘箱中，保持烘箱温度在150-200℃烘8-12h，获得凝胶前驱物；然后将所述凝胶前驱物转移至马弗炉中，升温至500℃，恒温2h后自然冷却，获得C₃N₄/TiO₂催化剂，即为用于去除氮氧化合物的可见光催化空气净化催化剂。

作为优选，步骤1中所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇和季戊四醇中的至少一种。

作为优选，步骤1中所述的液态钛源为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯和四氯化钛中的至少一种。