[发明专利]一种可见光响应的TiO2前驱体的制备方法及得到的TiO2前驱体和催化剂

说明书

本发明涉及一种可见光响应的TiO₂前驱体的制备方法及得到的TiO₂前驱体和催化剂，包括：1)将钛酸酯和有机高分子置于反应容器中，50～90℃下，加入硼酸，100～120℃反应至溶液澄清透明；2)室温～90℃下，加入含氮化合物，加热回流；3)在室温～100℃下，加入螯合剂，加热回流；4)在室温～80℃下，滴入水和醇的混合液，滴完回流，降温后减压除溶剂即得。本发明的TiO₂前驱体能溶于普通溶剂中，使得可通过简单的浸渍即可在纤维、分子筛等基体上负载，负载前驱体的基体在空气下高温烧结，前驱体转变成TiO₂光催化剂负载在基体上，既解决了催化剂的回收问题，又解决了普通TiO₂催化剂对可见光无响应的问题。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体地说，涉及一种可见光响应的TiO₂前驱体的制备方法及得到的TiO₂前驱体和催化剂。

背景技术

自二十世纪以来，随着科学技术的不断发展与进步，全球的工业得到了空前的发展。然而，工业的发展在促进经济发展与为人类生活带来便利的同时，却也在无情的破坏着人类赖以生存的环境，由工业发展带来的空气污染和水污染问题对人们生活的影响已变得越来越明显。基于半导体催化剂的光催化氧化技术作为一种高级氧化技术日益受到国内外学者的关注。几乎所有的有机物在光催化作用下都可以完全氧化为CO₂和H₂O等简单无机物，此外，光催化剂还可将水中的重金属离子还原。在常用的半导体光催化剂中，TiO₂具有活性高、稳定性好，可以无选择地矿化各种有机污染物，不产生二次污染，对人体无害，价格便宜等诸多优点，成为最受重视和具有广阔应用前景的光催化剂。

TiO₂半导体的光催化特性已经被许多研究所证实，但要走向实用化还需解决两个关键问题：①传统的光催化研究一般在悬浮态光催化反应系统中进行，存在TiO₂粉体易团聚，难以实现催化剂的连续分离、回收和再生利用等问题；②TiO₂光催化氧化多在紫外光的有限波长范围内才能进行，利用太阳光的比例低，局限了光催化技术的推广应用。因此，将催化剂进行固定化，以及如何通过改变TiO₂性质，使其在可见光下进行反应，对于光催化氧化技术在空气净化及水处理中的应用具有很大的实际意义。

“可见光活性TiO₂的制备与表征”【赵丹，鄂磊，等.可见光活性TiO₂的制备与表征[J]，天津城市建设学院学报，2010年3月，第16卷第1期：33-36】以TiOSO₄和氨水为原料通过化学沉淀法制备了具有可见光活性的纳米Ti-O-N光催化剂，并采用SEM、BET、XRD、UV-vis、ESR和XPS等检测方法对其性能进行表征，通过甲基橙溶液降解实验研究了光催化剂在可见光下的催化活性，讨论了比表面积、可见光吸收强度、晶型结构等因素对其光催化活性的影响，所制得的纳米Ti-O-N光催化剂经热处理后可以较强吸收波长范围为400-600nm的可见光，且可见光吸收强度与粉体的热处理温度密切相关。光催化测试表明：经400℃热处理的光催化剂对可见光的吸收最强，且具有相对较大的比表面积和发育较为完整的晶型结构，因此在可见光下表现出最好的光催化活性。但所得到的催化剂以粉末形式存在，不利于催化剂的回收利用，即使回收也存在回收后二次使用时容易团聚，从而降低光催化性能，使得单位质量的二氧化钛利用率低的问题。