[發明專利]一種新型可降解有機污染物的可見光催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201010266566.0
• 申請日: 2010-08-30
• 公開（公告）號: CN101947469A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 陳楓;楊晉濤;丁宏亮;費正東;鐘明強
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J31/12
• 分類號: B01J31/12;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

(一)技術領域

本發明涉及一種可見光催化劑，尤其涉及一種可降解有機污染物的可見光催化劑及其應用，特別涉及改性的二氧化鈦基光催化材料。

(二)技術背景

半導體光催化材料是利用紫外光或可見光照射具有光催化活性的半導體材料來引發光催化反應，TiO₂由于氧化-還原能力強，可將大多數有機物光催化降解，脫色、去毒、礦化為無色小分子物質，從而消除對環境的污染，已被應用于水、空氣等的凈化處理，具有反應條件溫和、二次污染小、易于操作、原料易得、無毒、光催化效率高等特點。然而，由于其具有3.2eV的禁帶寬度，只能在波長小于387nm的紫外光激發下才能具有光催化活性，但是太陽光僅含4％左右的紫外光，因而大大限制了它的應用。研究人員嘗試用多種方法來改變其光吸收范圍，以使其能對可見光有相應。一種方法是在TiO₂中摻雜過渡金屬元素，但可見光效應不明顯；另一種辦法是合成化合價低于+4的鈦還原態TiO_x，但成本昂貴；近年來，在TiO₂中摻雜非金屬元素如碳、氮和硫等方面引起了人們的關注，該方法能有效地減小TiO₂禁帶寬度，將其光響應范圍從紫外光區擴大到可見光區。最近，采用有機染料和帶有共軛不飽和結構的聚合物對TiO₂進行改性，使其具有可見光催化活性也引起了重視，但是穩定性和壽命一般不太理想。發明人在前期已發表論文中(Applied?Catalysis?B：Environmental?2009，90249-254)實驗證明TiO₂與聚乙烯醇(PVA)復合催化劑具有可見光吸收效果，而對稀土元素摻雜提高可見光吸收效果，進而應用在有機物降解領域沒有研究。

(三)發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種稀土元素摻雜、有機物復合的二氧化鈦(TiO₂/D-PVA/Y³⁺)可見光催化劑，具有較高的可見光吸收效率，并能在可見光照射下有效降解有機物，具有較高的應用價值。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種可見光催化劑，是由Ti(OH)₄、聚乙烯醇(PVA)、Y³⁺鹽通過水熱合成制備得到；所述的聚乙烯醇的質量用量以Ti(OH)₄的物質的量計為8～32g/mol；所述Y³⁺鹽與Ti(OH)₄的投料摩爾比為0.004～0.020∶1。本發明制備得到的可見光催化劑為PVA(在水熱法制備過程中發生降解，簡寫為D-PVA)和Y³⁺復合改性的二氧化鈦，簡寫為TiO₂/D-PVA/Y³⁺。

進一步，所述的水熱合成優選在160～200℃的溫度條件下進行。

進一步，水熱合成反應體系中，推薦去離子水的加入質量按Ti(OH)₄的物質的量計為1～6.4kg/mol。

進一步，本發明優選所述的聚乙烯醇的聚合度為124～1750。

進一步，本發明所述的Y³⁺鹽為水溶性鹽，優選Y(NO₃)₃·6H₂O，YCl₃·6H₂O或Y₂(SO₄)₃·8H₂O。

本發明所述的Ti(OH)₄可來自于市售或者是由除Ti(OH)₄以外的其他鈦源在40～90℃溫度用堿水溶液水解制得，所述的其他鈦源優選為TiOSO₄或Ti(SO₄)₂。

制備Ti(OH)₄中所述的堿水溶液優選氨水、NaOH水溶液或KOH水溶液，所述加入的堿水溶液的濃度為1～5mol/L。

制備Ti(OH)₄中，所述的水解推薦是在40～90℃溫度條件下水解2～4小時。

本發明具體推薦所述的可見光催化劑的制備包括如下步驟：