[發明專利]一種納米焦磷酸氧鈦光觸媒及其制備方法

無效

• 申請號: 200910044430.2
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN102029168A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 趙婉婷
• 申請（專利權）人: 長沙市友愛實驗器材有限公司
• 主分類號: B01J27/18
• 分類號: B01J27/18;B01J35/02;B01J37/00;C02F1/30
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技術領域

本發明涉及一種光觸媒，具體是一種納米焦磷酸氧鈦光觸媒及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦、二氧化鋯、氧化鋅、氧化錫、硫化鎘等光催化材料(又稱光觸媒)在紫外光照射下，其價帶上的電子(e-)可被激發躍遷到導帶，在價帶上產生相應的空穴(h+)，同時生成具有極強氧化作用的活性氧和氫氧自由基，能將有機染料、甲醛、苯與苯系物、氨、揮發性有機物(TVOC)、細菌等氧化分解成無害的CO₂、H₂O等對人體無毒害的物質。但上述光觸媒要產生較高的光催化效率，通常需要采用波長在400nm以下的紫外光源作為激發源，若需要光觸媒在短時間內快速高效地發揮光催化氧化去除污染物的作用，則需要以波長小于300nm的中短波長紫外光作為激發源。這樣會帶來兩個明顯的不良影響：其一是眾所周知的紫外光輻照對人的危害性，即人在長時間暴露在紫外光特別是中短波長紫外光下時，會直接損傷人的皮膚與皮下組織細胞中的DNA，嚴重時導致細胞突變等惡性后果，因此這極大地限制了前述光催化材料在人們生活與工作場所(如家居與辦公室內、醫院、學校、酒店等)的應用；其二是采用紫外光發生裝置，特別是在大面積長時間使用時，會消耗較多的電能。

此外，氧化鋅、氧化錫、硫化鎘等光觸媒的化學穩定性較差，遇酸、堿環境容易變質而失去光催化活性，諸如硫化鎘變質后還將釋放出對人體和環境有害的鎘元素，造成環境的二次污染。

因此，開發可利用自然光源作為激發源、化學穩定性好、沒有二次污染的新型光觸媒，是光催化領域的重要發展方向之一。考慮到日光具有存在廣泛、清潔、豐富、再生性強等優點，日光的有效利用非常有利于緩解地球能源枯竭壓力和減少環境污染，聯合國已經將新型納米光觸媒的開發列為21世紀太陽能利用計劃的重要組成部分。

目前，含鈦物質中以氧化鈦的化學穩定性好、紫外光催化氧化性能突出，是最早應用于光催化領域的材料之一，但需要功率較高的紫外光持續照射激發才能體現出較強的光催化活性，其應用受到了極大的限制；國內公開的發明專利[孔繼周，李愛東，吳迪，等.一種鈦酸鋅光催化劑、其制備方法及應用.CN101337182，2009-1-7]報道了一種新型的鈦酸鋅復合氧化物光催化劑，該催化劑在太陽光照射下對污水中有機染料體現出優良的光催化性能。此外，含鈦的磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體是一種優良的非線性光學晶體，被用于制作電子倍頻器；磷酸鈦則已經作為乙烷氧化成乙烯的工業催化劑在應用。這兩種含鈦磷酸鹽的光催化性能與應用則未見任何報道。

基于氧化鈦中鈦元素的光催化活性，以及磷酸氧鈦對有機物乙烷所體現出的催化氧化活性，本發明成功開發了一種納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒，該納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒的化學穩定性好，且本發明同時公開的其制備方法簡單易控，更重要的是，該新型納米光觸媒在日光和接近可見光的弱的長波紫外光照射下，體現出對有機染料污染廢水中的甲基橙、甲基紫、羅丹明B具有優良的光催化氧化降解能力，證實了所發明的納米焦磷酸氧鈦是一種對日光和弱紫外光具有光催化響應的新型光觸媒。本發明公開的納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒及其制備方法以及在有機污染廢水凈化領域的應用還未見有任何相關報道，而且本發明所開發的納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒在空氣污染的光催化治理領域也具有潛在的廣闊應用前景。

發明內容

本發明的目的在于以無機或有機鈦原料、無機或有機磷原料，水或醇為溶劑，水溶性或醇溶性好的表面活性劑為分散劑，采用簡便可控的工藝流程制備出對水中有機染料具有優異的光降解活性的納米焦磷酸氧鈦光觸媒，為含有機染料污水的凈化治理提供新的高活性材料及其新的制備途徑。

1、本發明所述的一種納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒：

本發明的第一個突出優點在于成功開發出了在日光或紫外光照射下對有機染料具有優良光催化降解性能的納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒，是由純的磷酸氧鈦超細粉體構成，超細粉體的尺寸為10～60nm，尤其是采用日光作為催化降解光源、光催化材料用量為3克/升時，兩小時對15毫克/升甲基橙污水的降解率為82.3％，三小時降解率達到95.5％，五小時降解率接近100％，這表明在利用日光的節能模式下，本發明所制備的納米焦磷酸氧鈦新型光觸媒即體現出極佳的光催化降解性能。