[發明專利]可見光響應的苯并咪唑酮黃H3G/TiO2復合光催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 201210073798.3
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN102600908A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 張天永;商希禮;李彬;王曉;孟明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明技術屬于光催化材料制備領域，特別提出了一種對可見光有響應的有機顏料/TiO₂復合光催化劑的制備方法，即苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂復合光催化劑及制備方法。

背景技術

近年來，以納米TiO₂為催化劑的多相光催化技術在治理環境領域的有機物污染問題方面日益受到人們的重視。納米TiO₂光催化氧化降解有機物的效率高，在常溫常壓下就可以進行，且能耗低，反應條件溫和，反應速度快，降解一般沒有選擇性，反應最終產物為CO₂、H₂O和無害鹽類，不會造成二次污染，是清潔的環境凈化工藝。因此，納米TiO₂光催化劑在環境治理方面具有較好的發展前景。但是，TiO₂的禁帶寬度為3.2eV，對應的激發波長在387nm，屬于紫外光區。而紫外光在太陽能中不足5％，從利用太陽能的角度出發，最經濟的光催化劑應該是能利用太陽光中的可見光部分。因此縮小催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見光擴展是提高太陽能利用率的關鍵，成為目前TiO₂光催化的熱點問題。

目前，TiO₂的可見光化研究取得了一定進展，采用摻雜過渡金屬、表面光敏化、表面螯合及衍生、貴金屬沉積、復合半導體和添加電子捕獲劑等方法對TiO₂光催化劑進行改性，都不同程度地實現了TiO₂可見光催化，提高了太陽光的利用率。染料敏化可以有效地拓寬TiO₂的吸收光譜，主要的機理為染料被激發后將電子迅速轉移到TiO₂導帶上，TiO₂則作為收集和傳導電子的載體。染料由于其本身具有溶于水的特性，所以敏化催化劑的穩定性和重復使用性能受到限制。因此，尋找穩定且不溶于水和常見有機溶劑的光敏劑具有重要的現實意義。顏料與染料一樣具有可見光吸收特性，另外顏料常常是不溶于水和常見的有機溶劑，而且，某些高檔有機顏料耐光性能很好，常用于戶外的建筑涂料或汽車涂料中，所以利用一些特定的有機顏料敏化制備可見光催化材料具有潛在的應用價值。

有機顏料苯并咪唑酮黃H3G(國際索引號為C.I.Pigment?Yellow?154)具有優異的耐光牢度與耐氣候牢度、良好的耐溶劑性與耐熱穩定性，主要應用于金屬裝飾漆及汽車涂料，亦可用于軟質及硬質PVC塑料等戶外產品著色。

本發明利用化學吸附的方法將苯并咪唑酮黃H3G吸附到TiO₂表面，制備了具有很好的化學和物理穩定性能的可見光響應的催化材料(苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂)。以下有時簡稱為BYH3G/TiO₂。

發明內容

為提高TiO₂光催化劑的可見光吸收性能和使用壽命，制備具有良好化學、物理和光穩定性能的可見光響應的光催化材料。

本發明的一種苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂復合光催化劑，可見光吸收區域為400～600nm；苯并咪唑酮黃H3G與TiO₂復合配比質量分數為為0.05～0.2∶1；TiO₂為銳鈦礦晶型。

一種通過水熱合成法負載制備苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂可見光響應復合光催化材料的方法。基本操作過程為：將有機顏料苯并咪唑酮黃H3G、TiO₂、促進劑斯潘80、N，N-二甲基甲酰胺加入密閉高壓釜中，加熱升溫，恒定溫度為180-210℃。負載結束后冷卻至室溫，過濾得到淺黃色固體，分別用乙醇和水洗滌。將所得淺黃色固體置于真空干燥箱100-150℃干燥，之后得到苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂復合光催化材料。上述制備苯并咪唑酮黃H3G/TiO₂光催化劑的方法在本發明中簡稱水熱負載法。

原料的質量份數配比為：

苯并咪唑酮黃H3G與TiO₂配比為0.05～0.2∶1

促進劑斯潘80與TiO₂的配比為0.003～0.02∶1

N，N-二甲基甲酰胺與TiO₂的配比為6～12∶1

水熱負載溫度為180～210℃；

水熱負載時間為2～6小時。