[發(fā)明專利]一種納米高效復(fù)合型光催化劑TiO2-ZrO2的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110279274.5
• 申請(qǐng)日: 2011-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN102389784A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧慧萍;韓旭;史俊;詹鳳玲;蘇桐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J21/06
• 分類號(hào): B01J21/06;B01J35/02;B82Y40/00;C02F1/32
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明用于水處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種納米高效復(fù)合型光催化劑TiO₂-ZrO₂的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，藥品和個(gè)人護(hù)理品（Pharmaceutical?and?Personal?Care?Products??簡稱PPCPs）的大量使用和不當(dāng)處理，致使其對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，引起世界各國的廣泛關(guān)注，并就此類物質(zhì)及其對(duì)環(huán)境的影響展開了相關(guān)的研究工作。PPCPs在水體中的含量很少，一般為ng/L～μg/L,但是長期飲用含有此類污染物的水源水會(huì)對(duì)人畜的健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

三氯生（triclosan?簡稱TCS）是PPCPs中一種典型的廣譜抗菌消毒劑，普遍存在于個(gè)人護(hù)理品如化妝品、除臭劑、漱口水、肥皂和藥膏當(dāng)中，同時(shí)還存在于被褥、廚房器具、零食、玩偶和垃圾袋等一些家庭用品當(dāng)中。TCS作為一種常見的抗菌藥物使用時(shí)間長，用量大。全世界每年TCS的生產(chǎn)量為1500噸，其中歐州每年TCS的消耗量占世界產(chǎn)量的近四分之一，如此大的產(chǎn)量和消耗量對(duì)水環(huán)境的潛在危害是巨大的。我國作為TCS生產(chǎn)和使用的大國，對(duì)其在水環(huán)境中的研究具有特殊的意義。

目前，TCS常用處理技術(shù)主要分為三大類：物理法，生物法和化學(xué)法。物理法主要以膜技術(shù)為主，通過膜表面疏水性吸附、靜電排斥、空間位阻等實(shí)現(xiàn)TCS的固液分離。但膜分法僅是相間的轉(zhuǎn)變，并未減小TCS的毒性，同時(shí)膜分離產(chǎn)生的濃液及其污染問題也是該技術(shù)存在的問題。生物法是利用微生物的生命活動(dòng)將TCS轉(zhuǎn)化為無害的小分子物質(zhì)。但生物法對(duì)環(huán)境條件和微生物種類的要求嚴(yán)苛，以及降解周期長等問題致使生物法的發(fā)展較為緩慢。目前，研究較多的化學(xué)法主要是投加或生成具有強(qiáng)氧化性的氧化劑改變TCS的分子結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)，甚至完全礦化成CO₂、H₂O等環(huán)境友好物質(zhì)。盡管化學(xué)法存在費(fèi)用較高的問題，但是其反應(yīng)時(shí)間短、去除效果好、礦化程度高等優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛的研究和應(yīng)用。

光催化是以半導(dǎo)體（以TiO₂研究最多）為光催化劑，利用光子能量大于半導(dǎo)體吸收閥值的光照射，使其價(jià)帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶并在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，生成電子—空穴對(duì)。由于光生空穴的能量為7.5eV，具有很強(qiáng)的親電子能力，可以與污染物發(fā)生直接氧化作用，同時(shí)空穴與TiO₂表面吸附的H2O或是OH–進(jìn)行反應(yīng)生成·OH，通過具有高氧化電位的·OH與污染物進(jìn)行反應(yīng)。主要鏈引發(fā)的反應(yīng)式如下：

TiO₂?+?hν?→?h+?+?e-?????????????????????????????

H₂O?+?h+?→?·OH?+?H+????????????????????????????????????????

OH-?+?h+?→?·OH??????????????????????????????

e-?+?O₂?→?·O2-????????????????????????????????

·O2-?+?H+?→?HO₂·

2?HO₂·?→?O₂?+?H₂O₂

H₂O₂?+?e-?→?OH-?+?·OH

H₂O₂?+?·O₂-?→?·OH?+?OH-?+?O₂

同時(shí)催化劑TiO₂不僅能吸收光子，同時(shí)還能吸附水體中的污染物質(zhì)提高光催化效果，起到協(xié)同作用。

光催化中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基可以將絕大部分有機(jī)物礦化成H₂O、CO₂等無機(jī)小分子，同時(shí)光催化反應(yīng)條件溫和、無二次污染和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)使其具有很大的實(shí)際應(yīng)用潛力。但是，由于TiO₂對(duì)可見光利用效率低，電子和空穴復(fù)合率高等直接影響光催化效率以及光催化劑的回收困難也是該技術(shù)存在的主要問題。因此，對(duì)擴(kuò)大光催化劑可吸收光波長范圍提高太陽光的利用率；抑制載流子復(fù)合，提高激發(fā)電荷分離來提高光催化效率；提高TiO₂穩(wěn)定性；等是使光催化技術(shù)的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容