[發明專利]一種金屬、非金屬共摻雜納米二氧化鈦光催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210357933.7
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102861603A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 陶庭先;宋慧;吳之傳;張明芮;王潔
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 方南

技術領域：

本發明屬于光催化技術研究領域，主要應用于染料廢水的處理，是一種制備新型、高效、金屬非金屬離子共摻雜納米TiO₂光催化劑的方法。

背景技術：

目前，在環境光催化研究領域中，TiO₂半導體以其優良的抗化學和光腐蝕性能而成為最重要的光催化劑，越來越受到廣大研究者的青睞。但較高的能帶間隙使得只有紫外光的照射才能激發TiO₂的光催化活性，從而限制了其的實際應用。因此對TiO₂進行改性拓寬其光響應范圍以及開發新的光催化劑受到越來越多學者的重視。

并且大多數運用于光催化的TiO₂都是粉末狀的TiO₂，它在水處理應用過程中，在沉淀池中不易沉淀，這樣會導致大量的TiO₂隨水流失，使TiO₂的重復利用率大幅下降。為了解決這一問題，人們嘗試將TiO₂粉末固定在某一載體上，制備出負載型TiO₂光催化劑。但經實驗發現負載型TiO₂只是通過簡單的物理吸附將TiO₂固定于載體表面，在重復使用過程中易脫落。

發明內容：

本發明的目的之一是提供一種不容易脫落的金屬、非金屬共摻雜納米TiO₂光催化劑的制備方法。

本發明的又一目的是提供金屬離子-氮雙摻雜納米二氧化鈦催化材料降解染料廢水的用途。

本發明所述的一種金屬、非金屬共摻雜納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，依次包括以下步驟：?

a、將TiCl₄溶液中加入改性的聚丙烯腈纖維，靜置0.1～2小時，加熱至30～80℃，保溫1～10h，過濾，用蒸餾水洗滌至中性，干燥至恒重，得到氮摻雜改性的納米二氧化鈦；改性的聚丙烯腈纖維與TiCl₄的重量比為1：2～9；

b、將上述制備好的氮摻雜改性的納米二氧化鈦放入金屬離子溶液中，浸漬0.1～2h，過濾，干燥至恒重，即可；

金屬離子與鈦離子的摩爾比為：0.028～0.095:1。

所述的金屬離子為Ag⁺、Fe³⁺、Cu²⁺或Zn²⁺。

所述的非金屬為氮元素，所摻雜的氮元素來自纖維本身。

所述的改性的聚丙烯腈纖維按照文獻：（纖維的制備—聚丙烯睛纖維改性[J]?陶庭先，?吳之傳，?趙擇卿.?鰲合.?合成纖維，?2001,?30（4）:?32-34.）的方法進行生產；

所述的材料在含有活性翠藍、活性紅、活性黃、甲基橙廢水中的應用。

本發明中，非金屬N是以化學配位的形式實現TiO₂的摻雜改性，結合牢固，易于實現催化劑的重復使用，且在制備過程中并沒有高溫焙燒，制備工藝簡單。

摻雜氮原子可以提高納米TiO₂可見光響應活性，促使TiO₂光催化效率提高。通過選擇氮原子替代氧原子，降低電子云軌道對電子的束縛，形成復合半導體，使光生載流子由一種半導體的能級注人到另一種半導體的能級上，導致長期有效的電子-空穴分離，抑制電子與空穴的復合，從而提高光電轉化效率，擴展TiO₂光譜響應范圍。

本發明與現有技術相比，按照該方法所制備的材料，具有對染料廢水降解速度快，無二次污染，制備工藝簡單，運行費用低，與纖維結合牢固，不易脫落且易回收和重復利用簡單的特點。

附圖說明：

圖1為實施例1所制的Ag/N-TiO₂光催化劑的SEM圖

圖2?為Ag-N/TiO₂、N/TiO₂、Ag/TiO₂、TiO₂對活性翠藍的光催化降解曲線。

在圖2中，a1為Ag-N/TiO₂、b1為?N/TiO₂、c1為?Ag/TiO₂、d1為?TiO₂。

圖3為Fe³⁺-N/TiO₂、N/TiO₂、Fe³⁺/TiO₂、TiO₂對活性紅的光催化降解曲線。