[發(fā)明專利]陽離子S和陰離子N雙摻雜一維納米結(jié)構(gòu)TiO2光催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710071317.4
• 申請日: 2007-09-12
• 公開（公告）號: CN101152626A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳忠標;董帆;趙偉榮;王海強;郭森
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);浙江天藍脫硫除塵有限公司
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;A61L9/22
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陽離子S和陰離子N雙摻雜一維納米結(jié)構(gòu)TiO₂的制備方法和光催化降解有機物的應(yīng)用。該催化劑主要應(yīng)用于室內(nèi)空氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

室內(nèi)空氣污染程度高出室外5～10倍，且人們有80～90％時間在室內(nèi)度過，從某種程度上來講，空氣污染對人體健康的影響主要在室內(nèi)。中國標準化協(xié)會提供的調(diào)查顯示：60％的疾病是由室內(nèi)空氣污染造成的。90年代末期，隨著國內(nèi)住房改革和國民生活水平的提高，特別是建材業(yè)的高速發(fā)展，裝修熱的興起，由裝飾材料所造成的污染成為室內(nèi)污染的主要方式。

西方發(fā)達國家已經(jīng)頒布了法令，對揮發(fā)性有機物(VOCs)的排放進行管制，我國也已于1997年頒布并實施的《大氣污染物綜合排放標準》中限定了33種污染物的排放限值，其中大部分為甲醛、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)等揮發(fā)性有機化合物。因此揮發(fā)性有機物已經(jīng)成為目前室內(nèi)空氣污染研究的主要對象和目標。

為清除室內(nèi)空氣中的VOCs，通常采用通風(fēng)措施直接將其排到室外，或用活性炭吸附和催化氧化分解法，這些措施不可避免會產(chǎn)生二次污染。光催化技術(shù)具有無毒、反應(yīng)條件溫和、選擇性小、礦化率高等優(yōu)點，在VOCs的降解方面已經(jīng)逐漸成為近年來的研究熱點，并且越來越顯現(xiàn)出其寬闊的應(yīng)用前景。

然而作為光催化材料，TiO₂禁帶較寬(3.2eV)，在可見光范圍內(nèi)沒有響應(yīng)，僅能吸收小于387nm的紫外光，對太陽能利用率低(約3～5％)；載流子的復(fù)合率高，光量子產(chǎn)率低，致使光催化效率較低，這兩個缺陷影響了其對太陽光的有效利用，制約了其在室內(nèi)空氣治理方面的應(yīng)用。雖然對TiO₂進行金屬摻雜能使其具有可見光響應(yīng)，但是摻雜金屬會導(dǎo)致TiO₂的熱穩(wěn)定性下降、載流子的復(fù)合中心增多或者需要昂貴的離子注入設(shè)備。

隨著2001年Asahi(R.Asahi，T.Morikawa，T.Ohwahi，K.Aoki，Y.Taga.Visible-Light?Photocatalysis?in?Nitrogen-doped?Titanium?Oxides，Science，2001，293：269～271)在Science上關(guān)于氮摻雜二氧化鈦TiO_2-XN_X在不降低紫外光活性的前提下使其具有可見光活性的論文的發(fā)表，揭開了TiO₂非金屬摻雜的序幕。但是就目前大多數(shù)研究者公開的研究結(jié)果來看，還存在著一定缺陷。

公開號為：CN1712128A(發(fā)明名稱為：一種氮摻雜的銳鈦礦型納米二氧化鈦的制備方法)的專利文獻中公布了一種需提供鈦源、沉淀劑、氮源和水，并按照一定的比例混合，然后經(jīng)過水熱反應(yīng)，干燥，烘干后得到一種單一氮摻雜顆粒狀納米TiO₂。公開號為：CN1562461(發(fā)明名稱為：硫和氮陰離子雙摻雜的納米氧化鈦催化劑及合成方法)的專利文獻中提供了一種硫氮陰離子雙摻雜的納米金紅石相TiO₂的可見光催化劑及合成方法，采用水熱及氨氣氮化合成了硫氮雙摻雜的納米TiO₂可見光催化劑，其對有機染料亞甲基蘭的降解要優(yōu)于硫或氮單摻雜的納米氧化鈦，并且TiO₂為金紅石型。但本法中硫和氮的摻入需要兩種前驅(qū)體，且均為陰離子，催化劑為顆粒狀金紅石結(jié)構(gòu)，不具備一維結(jié)構(gòu)。

陽離子S摻雜TiO₂方面的報道可參見Jimmy?C.Yu，Wingkei?Ho，JiaguoYu等的“Efficient?Visible-Light-Induced?Photocatalytic?Disinfection?onSulfur-Doped?Nanocrystalline?Titania”(《Environ.Sci.Technol》2005，39，1175-1179)，該法以異丙醇鈦和硫脲溶液為原料，采用沉淀法制備了S陽離子(正六價)摻雜的納米TiO₂粉體，該催化劑具有可見光(小于550nm)殺菌活性。公開號為：CN1699636(發(fā)明名稱為：一維單晶二氧化鈦納米材料的制備方法)的專利文獻中公開了一種采用水熱結(jié)合后續(xù)處理的方法，合成了一維單晶TiO₂，該材料僅對紫外光有響應(yīng)，不能利用可見光降解環(huán)境污染物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠用于可見光激發(fā)的高活性陽離子S和陰離子N雙摻雜一維結(jié)構(gòu)TiO₂光催化劑。