[發明專利]經過改性的非金屬摻雜的納米TiO2光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710156592.6
• 申請日: 2007-11-09
• 公開（公告）號: CN101157027A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 趙偉榮;吳忠標;董帆;郭森;王海強
• 申請（專利權）人: 浙江大學;浙江天藍脫硫除塵有限公司
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;B01J23/72;B01J27/04;B01J27/22;B01J27/24;B01J21/06
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 馮子玲

技術領域

本發明屬于化學技術領域，涉及一種經過改性的非金屬摻雜納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法，該催化劑主要應用于室內空氣污染控制技術領域。

背景技術

室內空氣污染程度高出室外5～10倍，且人們有80～90％時間在室內度過，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。中國標準化協會提供的調查顯示：60％的疾病是由室內空氣污染造成的。90年代末期，隨著國內住房改革和國民生活水平的提高，特別是建材業的高速發展，裝修熱的興起，由裝飾材料所造成的污染成為室內污染的主要方式。

在我國目前的居住條件下，由室內空氣造成的治病率和死亡率很高，室內空氣中的主要污染物有氮氧化物，硫化物，甲醛和苯系物，其中由裝修材料引起的甲醛、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)等揮發性有機化合物(VOCs)的污染已成為目前室內空氣的主要污染因素。西方發達國家已經頒布了法令，對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)等揮發性有機化合物。因此揮發性有機物已經成為目前室內空氣污染研究的主要對象和目標。

清除空氣中的VOCs，通常采用通風直接排到室外，或用活性炭吸附和催化氧化分解法，這些措施都會導致二次污染。近年來，由于光催化技術具有無毒、反應條件溫和、選擇性小、礦化率高等優點，在降解污染物，尤其是有機物方面越來越受到人們的重視。氣-固相半導體光催化氧化反應，尤其是在VOCs的降解方面，由于其本身特有的突出特點，已經逐漸成為近年來的研究熱點，并且越來越顯現出其寬闊的應用前景。

然而作為光催化材料，TiO₂禁帶較寬(3.2eV)，在可見光范圍內沒有響應，僅能吸收小于387nm的紫外光，對太陽能利用率低(約3～5％)；載流子的復合率高，光量子產率低，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，制約了其在室內空氣治理方面的應用，如何在可見光響應基礎上提高TiO₂的光催化活性，制備高效催化劑成為目前亟待解決的問題。為了解決這個問題，目前基本上都采用的方法就是摻雜，金屬離子摻雜大多數研究工作者采取的一種摻雜技術，其原理是將金屬離子引入到TiO₂晶格內部，從而在其晶格中引入新電荷、形成缺陷或改變晶格類型，影響光生電子和空穴的運動狀況、調整其分布狀態或者改變TiO₂的能帶結構，最終導致其光催化活性發生改變。然而雖然金屬離子的摻雜能夠改善TiO₂在可見光下的活性，但是也存在著一定的缺陷，由于金屬離子的摻雜從而使金屬離子成為復合中心，使得TiO₂在紫外區的光催化活性下降，此外由于金屬離子的摻雜還會使得TiO₂本身的穩定性變差。

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上關于氮取代晶格氧的氮摻雜的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表，揭開了TiO₂非金屬摻雜的序幕。但是就目前所提供的大多數研究工作者的非金屬摻雜工藝來說，都還存在著一定的缺陷。

公開專利號為：CN1454710，專利名為：含氮的二氧化鈦光催化薄膜及其制備方法，提供了一種采用磁控濺射方法制備了一種含氮的二氧化鈦光催化薄膜的方法，它的工藝復雜而且還需要昂貴的設備；專利公開號為：CN1712128A，專利名為：一種氮摻雜的銳鈦礦型納米二氧化鈦的制備方法，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，然后經過水熱反應，干燥，烘干后得到一種氮摻雜的納米TiO₂的方法，但是該工藝的配方較為復雜，影響的因素太多，條件不易控制；專利公開號為：CN150616A，專利名為：氮摻雜二氧化鈦粉體的制備方法，提供了一種將氨水逐漸滴加到鈦的化合物中，然后經過過濾，干燥，烘干后，經高溫灼燒后得到一種氮摻雜的納米TiO₂的方法，但是該法制備工藝煩雜，很難有工業化應用前景，且催化劑的活性還需要進一步提高。