[發(fā)明專利]過渡金屬元素和非金屬元素摻雜納米二氧化鈦改性光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210049591.2
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102614877A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 周少奇;周曉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J37/34;C25B11/06;A62D3/17
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發(fā)明涉及光催化技術領域，具體涉及過渡金屬元素和非金屬元素摻雜納米二氧化鈦改性光催化劑的制備方法。

背景技術

二氧化鈦由于其獨特的光催化特性，作為新一代的最有開發(fā)前途的綠色環(huán)保型催化劑在水環(huán)境凈化處理、大氣污染治理、抗菌材料中有著廣泛的應用而成為研究的熱點。但由于銳鈦礦型的二氧化鈦能帶隙度較寬Eg=3.2eV，只能響應光波波長小于400nm的紫外光波段，對可見光區(qū)的光響應很弱，但紫外光約占太陽光的4%，而可見光占太陽光的43%；再者光激發(fā)產(chǎn)生的電子與空穴極易復合，導致光催化的效率降低，且量子化效率低；更二氧化鈦的粉體回收困難等問題。這些都嚴重制約了TiO₂光催化的實際應用。因此，摻雜改性TiO₂和對其固定化都是提高二氧化鈦的光催化性能和回收率成為該項技術是否能得到應用的兩大關鍵。

一、二氧化鈦的固定化

為了克服粉末?TiO₂催化劑存在的分離回收困難，易凝聚，易沉降，穩(wěn)定性差等問題，人們將研究的重點轉(zhuǎn)向固定態(tài)TiO₂催化劑。催化劑固定化不僅是催化劑回收再利用的有效途徑，也是應用活性組分和載體的各種功能，設計最佳催化劑的理想形式。近年來，國內(nèi)外對固定相TiO₂薄膜催化劑做了許多探索，開展了一系列關于TiO₂粉末固定化(李宣東等,?哈爾濱工業(yè)大學學報.2004,36(1):79~83；X.?Z.?Li,?et?al.?Environ.?Sci.?Technol.?2000,?34:4401~4406)和制備TiO₂薄膜的研究工作(C.?J.?Tavares,?J.?Vieira,?et?al.?Materials?Science?and?Engineering?B.?2007,?138:139~143；B.?Z.?Maria,?J.?S.?Jeosadaque,?et?al.?Environ.?Sci.?Technol.?2004,?38:3203~3208；N.?M.?Mahmoodi,?M.?Arami,?N.?Y.?Limaee.?Materials?Research?Bulletin.?2007,?42:797~806)取得了一些進展。研究表明：光催化法應用于實際需要解決的主要技術問題是選擇催化劑的載體和TiO₂催化劑在載體上的固定化。

目前二氧化鈦固定化的方法很多，目前固定態(tài)催化劑制備所使用的原料主要有兩個來源：其一，直接使用商品目前固定態(tài)催化劑制備所使用的原料主要有兩個來源：其一，直接

?????使用商品TiO₂粉末，將其分散在加有添加劑的水中制成TiO₂漿液，再將其負載在載體上；其二，以含鈦化合物為原料，通過化學反應生成TiO₂粉末，再選擇恰當?shù)膿d方法。目前報道的擔載方法主要有：溶膠-凝膠法、電泳沉積法、粉末燒結(jié)法、化學氣相沉積法和陽極氧化法等。溶膠-凝膠法是常用的TiO₂催化劑固定方法，此方法工藝簡單、成本低，可用于大面積和不規(guī)則形狀基底鍍膜，但存在鍍膜不牢固和負載的催化劑量過少等缺點。

二、提高二氧化鈦的光催化效率

????提高二氧化鈦光催化活動的途徑有以下幾方面。(1)對催化劑本身的改進，在制備TiO₂催化劑時摻雜特定敏化物質(zhì)，提高光生電子的運輸效率，抑制電子與空穴的復合。目前，國內(nèi)外的研究手段主要是通過半導體表面貴金屬沉積、過渡金屬離子摻雜、非金屬摻雜、半導體復合和半導體表面光敏化等手段改性TiO₂，拓寬其波長響應范圍，提高光催化效率。(2)

改進光催化劑反應的裝置或加入輔助催化劑，提高太陽光的利用率和反應效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供過渡金屬元素和非金屬元素摻雜納米二氧化鈦改性光催化劑的制備方法，克服了TiO₂光響應范圍窄、光催化效率不高和二氧化鈦回收再利用困難等不足之處。共摻雜改性后的二氧化鈦既可以作為降解有機污染物的光催化劑，又可作為光電催化反應的陽極材料。在光源和外加電壓作用下，進行光電催化反應，提高降解有機污染的速率。