[發(fā)明專利]鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑及在可見光降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102500405A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張朝紅;王君;陳忠林;李芳軼;徐瑤;張豐秋;劉丹妮
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化鈦光催化劑及其應(yīng)用，具體地涉及一種鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑的制備及其在有效利用可見光降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

TiO₂因具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高、成本低、無毒等優(yōu)點而倍受人們青睞，是當(dāng)今最受歡迎的光催化劑。其應(yīng)用范圍極其廣泛，在污水處理、空氣凈化、滅菌消毒、皮革工業(yè)和化妝品等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價值。它不僅可以使光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而且可以實現(xiàn)光催化氧化水體和空氣中的絕大多數(shù)有機(jī)污染物，包括染料、表面活性劑和農(nóng)藥等各種難生物降解的有毒有機(jī)污染物，降解最終產(chǎn)物為CO₂，H₂O和其它無機(jī)離子。近年來，已發(fā)現(xiàn)廢水中有3000多種難降解的有機(jī)污染物，可通過納米TiO₂?的光催化作用使其降解為CO_2?，H₂O和無毒的氧化物。

但是TiO₂光催化技術(shù)面臨著量子產(chǎn)率低和太陽能利用率低兩大難題。TiO₂是一種寬禁帶的半導(dǎo)體，帶隙能為3.2?eV，相當(dāng)于波長為387.5?nm光子的能量。只有波長小于387.5?nm?的紫外光激發(fā)才會使其產(chǎn)生具有很強氧化和還原能力的空穴(h⁺)和電子(e^-)。這些h⁺和e^-與OH^?或H₂O結(jié)合會產(chǎn)生氧化性很強的·OH自由基，使許多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。而太陽光中，紫外光部分所占的能量只有2%-4%，因此通過表面修飾等方法改善TiO₂的可見光催化活性已成為光催化領(lǐng)域的研究熱點。近些年來，大部分國內(nèi)外的研究者都在努力提高TiO₂的光催化活性。

水資源是人類、資源與環(huán)境三大系統(tǒng)的結(jié)合點，是一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。隨著人類的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們越來越深切地認(rèn)識到水資源保護(hù)對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要性。由于我國染料工業(yè)的快速穩(wěn)步發(fā)展，印染行業(yè)已成為工業(yè)廢水的排放大戶。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每天排放的印染廢水約為300～400萬噸，年排放量約為6.?5億噸。同發(fā)達(dá)國家相比，我國紡織印染業(yè)的單位耗水量是發(fā)達(dá)國家的1.5～2.0倍，單位排污總量是發(fā)達(dá)國家的1.2～1.8倍。隨著水資源危機(jī)的加劇，如何合理而有效地處理廢水，使其變廢為寶，是環(huán)境保護(hù)和綜合利用能源的重要研究課題。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了擴(kuò)大TiO₂的可見光響應(yīng)范圍，減小電子和空穴的復(fù)合，從而提高TiO₂對太陽能的利用率，提高其可見光催化活性，因此本發(fā)明對TiO₂表面進(jìn)行修飾，提供一種在可見光作用下，光催化效果好的鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑，其制備方法如下：將鈦酸丁酯在攪拌下緩慢滴入乙醇和冰乙酸混合溶液中，攪拌均勻后，逐滴加入氫氟酸溶液，攪拌形成透明混合溶液A；將氨水與乙醇混合，加入硝酸鈰，調(diào)節(jié)pH至2，配成溶液B；將溶液B緩慢滴入溶液A中，得到均勻透明溶膠；在空氣中放置陳化，得到固體凝膠；干燥后研磨成粉末，置于馬弗爐中400～500℃，焙燒40?min～1.5?h，得到鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑。

上述的鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑：鈰、氮和氟的摻雜量為：Ce與Ti摩爾比為0.05%～0.2%，N與Ti的摩爾比為1%～8%，F(xiàn)與Ti的摩爾比為1%～8%。

優(yōu)化的鈰、氮和氟的摻雜量分別為：Ce與Ti摩爾比為0.05%，N與Ti的摩爾比為2%，F(xiàn)與Ti的摩爾比為2%。

上述的鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑在可見光降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

采用本發(fā)明的方法制備的鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑在可見光照射下處理含有機(jī)污染物的廢水的方法如下：

1）調(diào)節(jié)有機(jī)污染物的濃度為5.0～25.0?mg/L，pH為5～6；

2）加入上述方法制備的鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑1.0～2.5?g/L；

3）可見光功率為64～192W，照射時間為1.0～4.0?h。

優(yōu)選的上述處理含有機(jī)污染物的廢水的方法如下：

1）調(diào)節(jié)有機(jī)污染物的濃度為10.0?mg/L，pH為5.7；

2）加入上述方法制備的鈰氮氟共摻雜二氧化鈦光催化劑2.0?g/L；