[發明專利]一種固體納米薄膜光催化劑

無效

• 申請號: 201210030547.7
• 申請日: 2012-02-10
• 公開（公告）號: CN102600872A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王崇太;華英杰
• 申請（專利權）人: 海南師范大學
• 主分類號: B01J27/188
• 分類號: B01J27/188;C02F1/30;C02F1/32;C02F1/72
• 代理公司: 海口翔翔專利事務有限公司 46001
• 代理人: 莫臻

技術領域

本發明屬水污染控制領域，涉及一種催化劑，具體是一種固體納米薄膜光催化劑。

背景技術

隨著社會城市化、工業化進程的加快，廢水的產生和排放逐年增加，已嚴重威脅到我們的生活環境，再加上水資源的日益枯竭，水處理技術的開發和應用已逐漸引起重視，廢水的處理和再利用可大大緩解水資源緊張的局勢。

近年來，人們嘗試使用光催化法處理廢水中以往化學法和生物法難以降解的有機污染物，取得了一些成效。例如利用TiO₂在光作用下產生強氧化性的過氧自由基負離子O₂·^-和羥基自由基HO·，使有機污染物氧化分解并最終礦化為CO₂，H₂O以及SO₄^2-，NO₃^-，Cl^-等無機離子。用溶膠-凝膠(Sol-gel)法制備得到的TiO₂納米薄膜光催化劑因其化學穩定性、價廉易得、無毒等優點而深受人們青睞，是目前最有可能用于光催化降解水體有機污染物的光催化劑，但TiO₂納米薄膜僅吸收波長小于400nm的紫外光，在可見光范圍沒有響應，太陽光能的利用率比較低(小于5％)，因而制約了其在實際中的應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種固體納米薄膜光催化劑，利用活性成分PW₁₁Co【PW₁₁O₃₉Co(II)(H₂O)^5-】受光子激發發生荷移躍遷，導致與Co(II)配位的H₂O分子被氧化，生成強氧化性的HO·，從而將廢水中一般氧化劑或微生物難以分解的有機污染物氧化分解。由于PW₁₁Co同時具備紫外和可見光催化活性，因而可大大提高太陽光能的利用率和水體有機污染物降解的速率，具有活性高、穩定性好、適用性廣、可反復使用等優點。

在酸性條件下，鈦酸四丁酯在乙醇水溶液中水解產生新鮮的TiO₂溶膠，TiO₂膠核表面荷正電，加入荷負電的PW₁₁Co【PW₁₁O₃₉Co(II)(H₂O)^5-】后，由于靜電相互作用，TiO₂膠核表面吸附PW₁₁Co形成PW₁₁Co/TiO₂膠體，陳化后，PW₁₁Co/TiO₂膠體凝結為凝膠，將該凝膠均勻涂覆在基體表面，焙燒即可得到PW₁₁Co/TiO₂納米薄膜光催化劑，其活性成分PW₁₁Co【PW₁₁O₃₉Co(II)(H₂O)^5-】在紫外光、可見光區均有吸收(圖1)。光照時，PW₁₁Co受激，發生HOMO(O_d)→LUMO【紫外光激發】荷移躍遷或HOMO(O_d)→d?_Co(II)【可見光激發，波長400～660nm】荷移躍遷，導致與Co(II)配位的H₂O分子被氧化，Co(II)被還原。還原態的Co(I)不穩定，迅速將溶液中溶解的分子氧(O₂)還原為HOO·、H₂O₂乃至羥基自由基HO·，Co(I)則被氧化恢復為Co(II)而構成光催化循環。HO·具有很強的氧化性，可以氧化分解許多一般氧化劑或微生物難以分解的有機物。

本發明所采用的技術方案：