[發(fā)明專利]鐵氮氟共摻雜TiO2光催化劑及在可見光降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110328996.5
• 申請(qǐng)日: 2011-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN102500406A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張朝紅;王君;郜煒;李芳軼;徐瑤;張豐秋;劉丹妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/30
• 代理公司: 沈陽(yáng)杰克知識(shí)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，具體地涉及一種鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑及在可見光降解有機(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(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們青睞，是當(dāng)今被研究最多的光催化劑。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)、化妝品等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。它不僅可以使光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而且可以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、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(wú)機(jī)離子。近年來(lái)，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(wú)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(yáng)能利用率低兩大難題。TiO₂是一種寬禁帶半導(dǎo)體，帶隙能為3.2?eV，相當(dāng)于波長(zhǎng)為387.5?nm光子的能量。只有波長(zhǎng)小于387.5?nm?的紫外光激發(fā)才會(huì)使其產(chǎn)生光催化效應(yīng)，產(chǎn)生具有很強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生氧化性很強(qiáng)的·OH自由基，使許多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。而太陽(yáng)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提高TiO₂可見光催化活性已成為光催化領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)。近些年來(lái)，大部分國(guó)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(diǎn)，是一切生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在社會(huì)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(huì)的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越深切地認(rèn)識(shí)到水資源保護(hù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要性。由于我國(guó)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(jì)，我國(guó)每天排放的印染廢水約為300～400萬(wàn)噸，年排放量約為6.?5億噸。同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)紡織印染業(yè)的單位耗水量是發(fā)達(dá)國(guó)家的1.5～2.0倍，單位排污總量是發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)太陽(yáng)能的利用率，提高其光催化活性，因此本發(fā)明對(duì)TiO₂表面進(jìn)行修飾，提供一種在可見光作用下，光催化效果好的鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：鐵氮氟共摻雜TiO₂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，加入硝酸鐵，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，得到鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑。

上述的鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑：鐵、氮和氟的摻雜量為：Fe與Ti摩爾比為1.0%～4.0%，N與Ti的摩爾比為1%～8%，F(xiàn)與Ti的摩爾比為1%～8%。

優(yōu)選的，鐵、氮和氟的摻雜量為：Fe與Ti摩爾比為3%，N與Ti的摩爾比為2%，F(xiàn)與Ti的摩爾比為2%。

上述的鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

采用本發(fā)明的方法制備的鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑在可見光照射下處理含有機(jī)污染物廢水的方法如下：

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鐵氮氟共摻雜TiO₂光催化劑1.0～2.5?g/L；

3）可見光功率為64～192?W，照射時(shí)間為1.0～4.0?h。

優(yōu)選的上述處理含有機(jī)污染物廢水的方法如下：