[發明專利]一種金屬銅卟啉/二氧化鈦復合光催化劑的制備及其應用

有效

• 申請號: 201310054622.8
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103127958A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 李珺;孫萬軍;張增奇
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/34;C02F103/30
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛

技術領域

本發明公開了一種新型“有機–無機”金屬銅卟啉敏化二氧化鈦光催化劑屬于難降解的酚類（對硝基苯酚）廢水和染料（羅丹明B）廢水的光催化材料技術領域。

背景技術

隨著工業化進程的加快和人類生活范圍的擴大，環境污染問題日益嚴重，大量化工原料的消耗和排放，使得人們生活的周圍環境日益惡化。其中，工業上以硝基酚類物質和染料廢水的污染最為嚴重。硝基酚類物質是重要的化工原料，被廣泛應用于炸藥、油漆、制藥、石油、皮革、造紙、消毒劑等，尤其是焦化廠、煤氣廠、煉油廠、石油工廠等產生大量的含酚廢水，不僅會妨礙水生物的生長繁殖，還會危害農作物生長，而且直接威脅著人體健康。此外，染料廢水色度深、濃度高、毒性大、難于用自然方法或用微生物法降解。近年來逐漸發展起來的高級氧化技術是基于在反應過程中形成具有強氧化能力的自由基(尤其是羥基自由基)對污染物進行分解，特別適合于含難降解有機物的污水進行處理。光催化方法作為高級氧化技術的一種，反應條件溫和，反應設備簡單，二次污染小，易于操作控制，運行成本低，可望用太陽光為反應光源等優點，是一種非常有前途的水污染治理技術，近年來受到廣泛關注。

眾所周知，由于TiO₂具有化學性能穩定、價格低廉等優點，所以被認為是最具有實用化前景的光催化劑。TiO₂催化劑在降解染料廢水、農藥廢水、表面活性劑、鹵代廢水、無機廢水等方面顯示出了良好的潛力，國際上已經將TiO₂商品化，應用于陶瓷凈化、涂料、殺菌等方面。盡管TiO₂作為光催化劑得到了廣泛應用，但是還存在一些問題：TiO₂的禁帶較寬（3.2eV）只能利用λ<387.5nm的紫外光。太陽中紫外線的含量不到5％，這使得太陽能的利用率很低。如何拓展TiO₂在可見光區域的光譜響應范圍和提高其光催化效率是制約TiO₂光催化技術的關鍵問題。為了提高TiO₂對太陽光的利用率，各國科研工作者都做出了不懈的努力，紛紛對TiO₂進行改性。

目前，提高TiO₂光催化性能的主要方法有：陽離子或陰離子摻雜；半導體復合；光敏化等。其中，光敏化得到了廣大科研工作者的重視，這是因為光敏化技術選取能夠吸收可見光的特定染料活性化合物，與TiO₂形成復合物，只要光活性化合物激發態的電勢比半導體導帶的電勢高，就能夠使可見光激發染料敏化劑產生的電子由敏化劑輸運至半導體的導帶，從而使復合物體系的激發波長拓展至可見光范圍。

發明內容

針對上述問題，本發明實施例的目的在于提供一種新型金屬銅卟啉/二氧化鈦復合光催化劑的制備及其應用。

本發明實施例是這樣實現的，一種新型金屬銅卟啉/二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，是由二氧化鈦和5–[4–(2–(4–苯甲酸)–苯氧基)乙氧基]–10,15,20–三苯基銅卟啉CuPp在溶劑中按比例混合（1g?TiO₂表面負載6μmol的CuPp），充分攪拌8–10小時，減壓蒸去溶劑，收集CuPp–TiO₂復合光催化劑，經研磨，干燥即可得到復合光催化劑材料。

進一步，具體制備方法為：

5–[4–(2–(4–苯甲酸)–苯氧基)乙氧基]–10，15，20–三苯基卟啉H₂Pp的合成具體步驟為：

將溶有BrH₂Pp的10mL?DMF加入100mL干燥的三頸燒瓶中，并依次加入K₂CO₃和對羥基苯甲酸，在60°C左右磁力攪拌反應24小時；反應結束后，以CH₂Cl₂作為洗脫劑，層析硅膠為固定相進行柱層析，收集主色譜帶，得到目標產物；

金屬銅卟啉CuPp的制備方法為：在100mL三頸燒瓶中，分別加入溶有50mg自由卟啉H₂Pp的CH₂Cl₂溶液，然后向其中加入20mL溶有金屬醋酸銅的乙醇溶液，室溫下攪拌24小時，并用TLC監測反應至完全反應，停止反應，過濾未反應的金屬醋酸鹽，旋轉蒸發除去溶劑，以層析硅膠為固定相，CH₂Cl₂為淋洗劑進行柱層析分離提純，收集主色帶，濃縮后即為目標產物；