[发明专利]氮掺杂TiO2-SiO2复合光催化剂在降解处理污水中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术，特别涉及一种氮掺杂TiO₂-SiO₂复合光催化剂在降解处理污水中的应用。 

背景技术

中国是水资源比较匮乏的国家，随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求也日益增大。与此同时城市生活污水排放量越来越大，水污染已经成为我国国民经济快速发展的重要瓶颈，如果不能很好地解决水污染问题，我们的国民经济发展将受到严重的制约，因此如何高效的处理生活污水成为备受关注的焦点。 

生物法、膜分离技术来处理生活污水存在成本相对较高，处理后废水不能回用等问题。光催化降解法处理有毒及污染化学物质具有高效节能、无二次污染和经济等特点，在环境净化等领域有着广泛的应用。光催化技术是21世纪环境友好的催化新技术。在光的作用下，利用半导体材料表面产生的强氧化基团，氧化并降解大多数有毒有害有机物，以及氮氧化物、硫氧化物等无机有害物质，最终达到高效治理的目的，并可使材料表面产生杀菌、自洁及超亲水功能。该技术无二次污染、对有机物无选择性、能有效治理成分复杂和难生化降解的多种有机污染物，在环境保护领域(如废水废气净化和空气净化)、太阳能利用、有机合成以及自洁材料生产等领域具有广阔的应用前景，素有“光清洁革命”之称，是近年来在国内外最活跃的研究领域之一。在各种半导体中，TiO₂的高催化活性、无毒、低成本和性质稳定等优点使其具有广阔的应用前景。TiO₂光催化剂由于其拥有3.2eV大带隙只能在紫外光照射下激活，因此丰富的太阳光不能得到有效地利用。利用金属和非金属元素改性TiO2材料使其光响应到可见光区域，抑制电子和空穴的复合，从而提高了光催化剂的光催化活性，然而改性TiO₂纳米粒子表面能高，容易聚集，因而影响其光催化活性的发挥，所以通常采用对改性TiO₂催化剂固化来提高其光催化活性。SiO₂多孔膜因其具有比表面积大和制备便捷优点而成为改性TiO₂光催化剂最合适的载体之一。目前国内外研究者利用制备的光催化剂来降解模拟污染物(罗丹明、亚甲基蓝及橙黄II等)，在《催化通讯》杂志2010 年11卷第378页的文章“作为高效可见光光催化剂的氮掺杂SiO₂/TiO₂核/壳纳米微粒”(Kim，C.H.；Choi M.J.；Jang J..Nitrogen-doped core/shell nanoparticles as highly efficient visible light photocatalyst，Catal.Comm.)。利用光催化剂降解模拟污染物取得良好的效果，然而利用光催化剂降解生活污水罕有报道。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用光催化剂降解生活污水。为此，本发明提供一种氮掺杂TiO₂-SiO₂复合光催化剂在降解处理污水中的应用。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。 

本发明可用于城市生活污水的处理。本发明巧妙的利用了氮掺杂TiO₂-SiO₂复合光催化剂的特殊性质，SiO₂作为载体能够解决粉状TiO₂在实际应用中的易团聚和难回收的问题。氮的掺杂使得TiO₂的带隙变窄同时氮替换了少量的晶格氧形成Ti-N键使半导体带隙能降低，这样可以使氮掺杂TiO₂-SiO₂复合光催化剂的吸收带红移到可见光范围内，使其可以被可见光激发。利用这一特性，该氮掺杂TiO₂-SiO₂复合光催化剂可以用于生活污水的处理。实际应用过程中我们发现氮掺杂TiO₂-SiO₂复合光催化剂在紫外光下具有很强的光催化能力，同时在可见光下也具有一定的光催化能力，可以氧化生活污水中的有机污染物，其在生活污水处理中具有广阔的应用前景。