[發(fā)明專利]一種泡沫金屬載體負(fù)載摻氮二氧化鈦光催化劑的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110263063.2
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102350364A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬永新;周友蘇;萬春萍;白先光
• 申請（專利權(quán)）人: 北京聯(lián)合大學(xué)
• 主分類號: B01J27/00
• 分類號: B01J27/00;C02F1/30;C23C14/32;C23C14/06
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮;趙德蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻氮二氧化鈦光催化劑的制備方法，特別涉及一種泡沫金屬載體負(fù)載摻氮二氧化鈦光催化劑的制備方法。?

背景技術(shù)

二氧化鈦以其優(yōu)異的光催化性能得到越來越多的科學(xué)家的重視，但由于其自身的缺陷，它在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用仍然受到很大的限制。

首先：?由于二氧化鈦是寬禁帶半導(dǎo)體(Eg＝3.2eV)，根據(jù)公式λg＝1240/Eg(nm)只能響應(yīng)短波長的紫外線部分(入<387nm，約占太陽能的5%)，而太陽光譜中絕大數(shù)的可見光部分(能量約占45%)，則未能有效利用，不能有效地利用太陽光。

其次：雖然二氧化鈦光催化劑有著較好的光催化活性，但是二氧化鈦在實際使用時，目前所制備的氮摻雜TiO2?光催化劑主要有粉末和薄膜兩種。粉末二氧化鈦對固液過程存在易團(tuán)聚和反應(yīng)后難回收的問題；對氣固過程則存在易堵塞，傳質(zhì)阻力高的弊端，薄膜二氧化鈦尋找合適的催化劑載體對TiO2?進(jìn)行負(fù)載是影響二氧化鈦光催化技術(shù)能否實際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

為提高二氧化鈦:光催化響應(yīng)范圍，高效利用自然能源，目前人們正通過各種方法以使二氧化鈦響應(yīng)長波長的可見光部分。

自發(fā)現(xiàn)摻氮TiO2在可見光區(qū)域具有優(yōu)良光催化性能以來，人們利用多種方法制備摻氮TiO2，目前制備摻氮TiO2的主要方法有：

機(jī)械力化學(xué)法，該在研磨過程中對產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及產(chǎn)雜量的控制較為困難；

氨氣、氮氣氣氛下的煅燒法，該方法直接在含氮的氣氛中加熱，一方面會導(dǎo)致二氧化鈦晶粒尺寸的增大，另一方面氮元素很難摻入二氧化鈦；

水熱合成法，很難精確控制反應(yīng)物的組成、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等對二氧化鈦的微觀形貌、摻雜量以及摻雜效果有重要影響的參數(shù)；

溶膠一凝膠法，溶膠一凝膠法氮摻雜的效果受原材料配比、反應(yīng)條件、干燥條件等多種因素的影響，工藝不穩(wěn)定，難易精確控制。

發(fā)明人采用多弧離子鍍方法在玻璃基片載體上鍍制了摻氮TiO₂薄膜，克服了上述工藝方法中的缺點，然而受玻璃基片載體所限，催化反應(yīng)接觸面積小，光催化活性有待提高。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)多孔金屬如泡沫鎳，是將金屬鎳制成泡沫海綿狀，具有三維全貫通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。鎳骨架中空并以冶金狀態(tài)彼此交連，泡沫鎳表面2.54cm的長度內(nèi)孔的數(shù)目（PPI）為60-140，其厚度小于2.5mm，孔隙率大于95%，體密度僅為鎳的五十分之一，比表面積極大，有較強的耐腐蝕性，仍保持金屬鎳的良好理化性質(zhì)。摻氮二氧化鈦以薄膜形式負(fù)載于泡沫鎳表面，薄膜附著力強，表面接觸面積大，在紫外光源照射下，具有良好的光催化活性。可廣泛應(yīng)用于分解空氣中的污染物，改善生活環(huán)境，提高空氣質(zhì)量，也可用于降解廢水中的有機(jī)污染物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種泡沫金屬載體負(fù)載摻氮二氧化鈦光催化劑的制備方法，使用真空電弧離子鍍工藝，制得的光催化劑能夠增加光催化反應(yīng)接觸面積，使光催化劑具有較高的光催化活性。?

本發(fā)明提供了一種泡沫金屬載體負(fù)載摻氮二氧化鈦光催化劑的制備方法，采用泡沫金屬作為載體，摻氮二氧化鈦作為活性組分，使用真空電弧離子鍍工藝，包括如下步驟：

（1）泡沫金屬載體入爐前，進(jìn)行清潔處理，?在丙酮溶液中超聲波清洗兩次，使用無水乙醇脫水，脫水后烘干裝入真空室；

（2）真空室抽本底真空至4～6×10^－3Pa，充氬氣至5～10Pa.在泡沫金屬載體上加負(fù)偏壓500～800V，使氬氣形成等離子體輝光放電，在負(fù)偏壓電場作用下，使用具有高能量的氬離子對泡沫金屬載體進(jìn)行轟擊，進(jìn)行輝光放電離子轟擊清洗，使泡沫金屬載體溫度上升；

（3）輝光放電離子轟擊清洗結(jié)束后，將氬氣壓強設(shè)定在2Pa，開啟弧電源，在泡沫金屬載體上加400～500V負(fù)偏壓，引燃Ti靶，用高能量Ti離子對泡沫金屬載體進(jìn)行轟擊，進(jìn)行弧光放電清洗；

（4）弧光放電清洗關(guān)掉弧電源，再次將真空室抽至4～6×10^-3Pa；