[发明专利]八羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于降解多种有机染料的可见光催化剂，特别涉及一种八羧基酞 菁铁敏化二氧化钛催化剂及其合成方法。

背景技术

光催化降解环境污染物具有反应条件温和、无毒无害、不产生二次污染和处理费 用低廉等优点，能降解绝大多数有毒有害化学物质，是很有前途的环保方法。至今，已发现 有3000多种化合物在紫外线照射下可通过TiO₂等光催化材料迅速分解，并且反应条件温 和，操作便利，不产生二次污染，特别是当水中污染物浓度较低或用其他方法难以处理时， 这种方法的优势更为明显。TiO₂的光催化活性可以通过对TiO₂进行修饰而得到提高，因此改 性后的TiO₂对污染物的降解能力会明显提高。

对TiO₂改性从而提高光催化活性和污染物降解能力是当今研究的热点。有机染料 是纺织等工业生产过程产生的废水中释放出的主要的污染物。由于染料潜在的毒性，对有 机染料的去除和降解成为大家感兴趣的研究课题。研究开发了很多种解决办法，在这些方 法中TiO₂等多种光催化剂的利用似乎是最有希望的技术。有研究认为，在光照条件下TiO₂表 面具有超亲水性，TiO₂表面的超亲水性起因于其表面结构的变化。在紫外光照射下，TiO₂价 带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO₂表面迁移，在表面生产电子-空穴对，电子与Ti4+ 反应，空穴则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时，空气中的水 解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水(表面羟基)，化学吸附水可进一步吸附空气中的水 分，形成物理吸附层。TiO₂颗粒在液体介质中因表面带有电荷就会吸附相反的电荷而形成 扩散双电层，使颗粒有效直径增加，当颗粒彼此接近时，因各具同性电荷而相斥，有利于分 散体系的稳定。选择八羧基酞菁铁为增感敏化剂，能有效和亲水性的锐钛矿TiO₂相结合，增 强它们之间的相互作用力。为复合催化剂的稳定性打下了基础。同时由于酞菁能吸收可见 光的特点，此光催化剂克服了单独的TiO₂只能吸收紫外光的缺点，增大了对光的利用范围， 为光降解染料废水提供了理论可能性的依据。

发明内容

本发明提供一种水溶性好、避免了金属酞菁的团聚、将紫外光催化扩展到可见光 催化、可同时降解废水中的五种染料的八羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种八羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂，该催化剂是由八羧基酞菁铁敏化二氧化 钛得到，八羧基酞菁铁与二氧化钛的摩尔比为1:22-28。作为优选，该催化剂中二氧化钛的 粒径为50-80nm。本发明的催化剂的优点是：1.水溶性好；2.负载型催化剂避免了金属酞菁 的团聚；3.将紫外光催化扩展到可见光催化；4.可同时降解废水中的五种染料。

一种所述的八羧基酞菁铁敏化二氧化钛催化剂的合成方法，该方法包括如下步 骤：

a、配制1g/L二氧化钛的水溶液，搅拌后超声分散30-60min；

b、配制2～10×10^-3mol/dm³的八羧基酞菁铁(FePc(COOH)₈)的A溶液，以FePc (COOH)₈的A溶液逐滴加入步骤a得到的二氧化钛水溶液中，此过程持续搅拌；待滴加完成后 再继续搅拌8～15h；A选自二甲基亚砜(DMSO)或二甲基甲酰胺(DMF)；得到的悬浊液中八羧 基酞菁铁与二氧化钛的摩尔比为1:22-28；

c、对步骤b得到的悬浊液进行离心分离，对所得固体清洗后干燥，得到催化剂。

作为优选，步骤c中，对所得固体分别用水、甲醇、丙酮清洗三次，最后对产物真空 烘箱60℃干燥。

作为优选，步骤b中，A为DMSO，二氧化钛水溶液与FePc(COOH)₈的DMSO溶液的体积 比为25～35:1。

作为优选，该方法具体是：

a、取300mL1g/L二氧化钛的水溶液磁力搅拌10min，然后再超声30min；