[發明專利]一種高效的二氧化鈦基納米復合材料光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710008509.0
• 申請日: 2007-01-30
• 公開（公告）號: CN101234342A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 李廣社;閆友軍;李莉萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;C02F1/30;C02F1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及納米半導體光催化領域。

背景技術

當今社會，工業迅速發展，由此帶來的環境問題也日趨嚴重，特別是大氣和水的污染已經波及到人類的生存。在過去的十年中，我國雖然已著手控制環境污染，但由于投入不足，環境污染并沒有得到很好的改善。因此，工業廢水、廢氣，生活污水的處理凈化工作十分嚴峻。目前處理工業廢水的方法主要有物化方法和生物法。常用的物化技術有吸附脫色技術、混凝沉淀技術、化學氧化技術、離子交換技術等，但這些方法都不可避免地帶來二次污染，產生大量難處理的污泥，再生費用昂貴。生物降解法是利用細菌對可降解有機物進行降解。但是這種降解方法周期較長、占地較大，且對低濃度有機污水處理效率低。因而，要想有效的處理生活、工業廢水，必須尋求新的合適、有效的處理方法。

1972年Fujishima和Honda在Nature(Nature，238，37(1972))雜志上發表了關于TiO₂電極上光解水的論文，標志著光催化新時代的開始。自1977年Bard(Semiconductor?Liquid-Junction?Solar?Cells，77，222(1977))利用半導體光催化反應處理工業廢水中的有害物質以來，利用半導體微粒懸浮體系光催化降解污染物的研究日益活躍。利用光催化技術可將有機污染物降解為無毒的無機小分子物質如CO₂，H₂O等，從而實現無害化。同時，光催化過程采用半導體材料作為光催化劑，在常溫常壓下進行，并有望利用太陽光作光源，從而大大降低了污水處理費用。而將半導體光催化材料顆粒納米化，能夠有效提高量子效率，有利于光催化反應。納米TiO₂光催化材料具有價廉易得，光照后不會發生光腐蝕，耐酸堿性好，化學性質穩定，對生物無毒害等優點，使其在光催化領域一直占據著主導地位。

光催化處理有機污染物基本有兩種機制：光催化機制和光敏化機制。1900年德國慕尼黑的醫科大學生Qsscar?Raab最早發現吖啶用作光敏劑，光照下殺死草履蟲。其后相繼發現大多數有機染料如赤蘚紅、孟加拉玫瑰紅、曙紅、羅丹明B、勞氏紫、卟啉、酞菁等具有光敏化效應。所謂光敏化即有機染料分子在可見光照射下，由基態躍遷到激發態，處于激發態的有機染料將電子轉移到半導體的導帶，隨后完成光催化降解過程。因此，對于有機染料污染物，可以直接利用半導體催化劑加以光催化降解，而無需再將半導體加以改性修飾。TiO₂及TiO₂基納米材料作為一種有效的光催化材料，在紫外光區域，顯示出了較好的光催化活性，在可見光范圍內其催化活性明顯下降。考慮到在太陽光中，紫外部分的比例僅僅為4％，因此發展可見光高效光催化材料是有效利用太陽能，加快反應速度，降低治理有機污染物成本的關鍵。

發明內容

本發明提出了一種具有高效光催化活性的TiO₂基納米復合材料，目的在于利用簡便易行、代價低廉的手段來提高二氧化鈦基納米材料的光催化活性。該材料有望利用太陽光有效地降解高濃度的工業有機染料廢液。

本發明利用水熱法合成銳鈦礦/鈦酸納米管復合半導體光催化劑，具體過程如下：將鈦酸納米管分散到含有稀硝酸的水溶液中，充分攪拌后進行水熱處理，溫度為115-155℃，反應后，冷卻到室溫，洗滌、干燥。

利用上述方法，我們得到了鈦酸納米管與銳鈦礦型二氧化鈦的復合材料，復合物中銳鈦礦型二氧化鈦呈樹葉形，其短軸長23nm，長軸長90-270nm。

本發明的二氧化鈦基納米復合光催化材料通過控制反應溫度來調節復合材料中的銳鈦礦相與鈦酸納米管的比例。本發明的鈦酸納米管/銳鈦礦型二氧化鈦復合材料在利用可見光降解光敏化特性的有機染料方面具有比其它常用光催化材料(如銳鈦礦型二氧化鈦、Degussa?P25等)更優越的光催化活性。且制備技術簡單、設備要求不高、成本低廉，有望充分利用太陽光有效降解高濃度的有機染料廢液。

附圖說明

圖1為鈦酸納米管/銳鈦礦型二氧化鈦復合物的透射電鏡照片。

圖2為室溫下可見光降解羅丹明B溶液的光催化活性。

具體實施方式