[發明專利]LDPE膜負載型Ag改性TiO2納米管的制備

無效

• 申請號: 201110124710.1
• 申請日: 2011-05-16
• 公開（公告）號: CN102247892A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 肖羽堂;許雙雙;李志花
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C02F1/30;C02F1/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及二氧化鈦光催化領域，具體地說是有關TiO₂納米管的制備、改性和固載的方法。本發明采用水熱合成法制備了TiO₂納米管粉末，并采用低溫震蕩多元醇法將Ag負載到TiO₂納米管上，最后采用浸漬-加溫法將所制備的Ag改性TiO₂納米管粉末固載到LDPE膜上。在模擬太陽光下，該方法制備出的催化劑能高效降解二苯胺，且具有良好的穩定性和可重復利用性。

背景技術

光催化氧化技術作為一種新型的水污染治理技術，具高效、節能和適用范圍廣等特點，幾乎可與任何有機物反應，常用來處理難生物降解有機物，將其直接礦化為無機小分子，具有廣泛的應用前景。作為最有代表性的優良n型半導體，TiO₂具有光催化活性高、價格相對較低和穩定性強等獨特的優點，受到國內外學著的廣泛關注。當能量大于TiO₂半導體禁帶寬度的光照射時，TiO₂價帶中電子將被激發到導帶上，這樣的電子稱為光生電子(e^-)，同時價帶上留下空穴(h⁺)。空穴與水、電子和O₂發生作用產生氧化性極強的羥基自由基·OH。·OH對作用物幾乎無選擇性，可以氧化各種難降解的有機物，且將其完全礦化為H₂O、CO₂等無機小分子。價帶和空穴也同樣是一種較強的氧化介質，可以直接進行氧化有機物反應。

雖然光催化氧化技術存在著諸多優勢，也吸引了大量研究者為之進行深入研究，目前研究主要集中于TiO₂光催化劑的制備及其性能表征等方面，但是，該項技術還存在著以下不足：(1)光譜響應范圍窄，太陽能利用率低。TiO₂光催化劑帶隙能較寬，為3.2eV，只能吸收λ≤387nm的光子，也就是說只能被波長較短的紫外線激發，即光吸收僅局限于紫外區。而照射到地面的太陽光中只有4％～6％的紫外光線，且TiO₂的量子效率不高于20％，因此太陽能的利用效率僅在1％左右，大大限制了對太陽能的利用。(2)光催化反應效率不高。TiO₂光催化劑產生的載流子(光生電子和空穴)復合率高，導致光量子效率低。較低的光量子效率則是限制光催化實用化和工業化的主要原因之一。并且光催化劑反復使用時，催化活性有所降低，這是阻礙TiO₂光催化在處理有機污染物應用中的主要原因。針對光催化氧化技術存在的以上倆個主要問題，對TiO₂進行摻雜改性是普遍采用的方法。貴金屬修飾沉積是一種可以捕獲受激發產生的光生電子和有效改性方法。貴金屬能在二氧化鈦半導體表面上的能形成納米級的原子簇，貴金屬是通過改變體系的電子分布，形成捕獲激發電子的Schottky能壘，從而抑制光生電子和空穴的復合，提高二氧化鈦的光催化活性等。同時，貴金屬修飾可以擴展光譜響應范圍，實現改性TiO₂光催化劑的光譜響應范圍向可見光區移動這一目標，進一步提高光催化性能。

TiO₂光催化技術中光催化劑的使用主要有兩種形式，即直接使用TiO₂粉體的懸浮體系和將TiO₂負載在載體上進行催化反應。在水處理的應用中，TiO₂光催化劑在使用時，常以懸浮態存在于反應系統中。這種方法的優點在于：接觸面積較大，能夠充分發揮催化劑的吸附作用，傳質效果好，但也存在易凝聚、難分離回收和二次污染等問題。因此，開發出適合的固載型催化劑是克服這些缺點的有效途徑。目前，在光催化研究中，根據所選用載體的不同，常采用不同的固載方法，主要分為物理法和化學法倆大類，其中物理法主要有熱/膠粘法和粉體燒結法，化學法主要有溶膠-凝膠法、離子交換法、液相沉積法等。而負載所用的載體主要有玻璃類、金屬類、陶瓷類、吸附劑類、高分子聚合物類、陰陽離子交換劑類等。

發明內容

本發明的目的在于制備一種具有較高的光催化活性的負載型二氧化鈦催化劑。采用貴金屬Ag修飾TiO₂納米管，一方面擴展光譜響應范圍，提高TiO₂對太陽光的利用率；另一方面，作為光生電子的捕獲器，提高其光催化活性。選用低密度聚乙烯(LDPE)膜作載體，將所制備的催化劑牢固負載于其表面，解決催化劑的回收和重復利用問題。