[發明專利]一種負載型氮摻雜一維結構TiO2及其制備方法

有效

• 申請號: 200810059650.8
• 申請日: 2008-02-01
• 公開（公告）號: CN101279250A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 趙偉榮;董帆;吳忠標
• 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: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J27/24;A61L9/22
• 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

本發明屬于化工技術領域，涉及一種光催化降解有機物及其制備，具體為一種負載型氮摻雜一維結構TiO₂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了室內污染的主要方式。

室內空氣中如甲醛、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)等揮發性有機化合物(VOCs)是室內空氣中普遍存在的一類有機污染物。已知許多VOCs，尤其是室內空氣中普遍存在的甲醛、苯系物等具有神經毒性、腎毒性、肝毒性和致癌性，還可損害血液成分和心血管系統，引起胃腸道紊亂，嚴重危害著人體健康。世界各國對室內空氣中VOCs的排放作了嚴格的控制，我國的《室內空氣質量標準》(GB/T18883-2002)中對室內空氣中的甲醛等VOCs進行了嚴格的限定：甲醛、苯、甲苯、二甲苯的標準值分別為0.10、0.11、0.20、0.20mg/m³(1小時均值)。室內空氣VOCs的控制成為近幾年來國際上的研究熱點之一。

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、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，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。雖然對TiO₂進行金屬摻雜能使其有較好的可見光響應特性，但是摻雜金屬會導致TiO₂的熱穩定性下降、載流子的復合中心增多或者需要昂貴的離子注入設備。

隨著2001年Asahi(R.Asahi，T.Morikawa，T.Ohwahi，K.Aoki，Y.Taga.Visible-LightPhotocatalysis?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非金屬摻雜工藝來說，都還存在著一定的缺陷。

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，該法制備的氮摻雜TiO₂為顆粒狀，顆粒狀催化負載時容易脫落；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，該法制備的氮摻雜TiO₂也是顆粒狀，也存在負載容易脫落的問題。負載在Ti片上的TiO₂方面的報道可參見《Advanced?Functional?Materials》2006年第16卷1355頁(X.S.Peng，A.C.Chen.Large-Scale?Synthesis?and?Characterization?ofTiO₂-Based?Nanostructures?on?Ti?Substrates.Adv.Funct.Mater.2006，16，1355～1362)，該法以Ti片和NaOH溶液為原料，采用水熱法合成了固載在Ti片上的納米片、納米線和納米網，通過酸化煅燒處理，可以得到具有光催化活性的納米線。但是該法制備的光催化只在紫外光激發下有較好的活性，不具有可見光活性。

發明內容