[發(fā)明專利]一種氧化鉍敏化二氧化鈦納米管光催化劑的制備方法及其在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310539464.5
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103551138A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁浩然;鄧麗芳;陳勇;郭華芳;黃宏宇;小林敬幸
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號: B01J23/18
• 分類號: B01J23/18;C02F1/30;C02F1/72
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及催化材料和環(huán)境化工的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鉍敏化二氧化鈦納米管光催化劑的制備方法及其在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

總體來說，我國淡水資源缺乏，且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源保護(hù)的重要性日益顯現(xiàn)。如：目前我過河道水污染嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響了農(nóng)村灌溉和飲用用水，而光催化是一種有效的處理方法。隨著水資源危機(jī)的加劇，如何合理而有效的處理廢水，使其變廢為寶，是環(huán)境保護(hù)和綜合利用能源的重要研究課題。

二氧化鈦（TiO₂）以其無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)近年來倍受人們的青睞，是目前研究中采用得最多、最理想的光催化劑。其應(yīng)用范圍極其廣泛，在有機(jī)廢水處理及其檢測、空氣凈化、滅菌消毒、防污清潔、化學(xué)合成等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。它不僅可以將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，還能在以TiO₂為光催化劑的光照條件下，使工業(yè)污水和生活污水中的大量有毒、有害的有機(jī)污染物發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，逐步降解，最終完全氧化成為環(huán)境友好的二氧化碳、水和無毒有機(jī)物，從而使污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或者用來改善水質(zhì)。近年來，已發(fā)現(xiàn)廢水中有3000多種難降解的有機(jī)污染物，可通過納米TiO₂的光催化作用使其降解為二氧化碳、水和無毒有機(jī)物。

但是，納米TiO₂的禁帶寬度為3.2eV，光譜響應(yīng)范圍較窄，光吸收波長主要集中在小于387nm的紫外區(qū)。只有波長小于387nm的紫外光激發(fā)才會使其產(chǎn)生光催化效應(yīng)，產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化和還原能力的空穴（h⁺）和電子（e^-）。這些h⁺和e^-與OH或H₂O結(jié)合會產(chǎn)生氧化性很強(qiáng)的·OH自由基，使許多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。而太陽光中，這部分光僅占照射到地面的太陽光總能量的4%，限制了對太陽能的利用。因此，通過表面修飾等方法提高TiO₂可見光催化活性已成為光催化領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

最新研究發(fā)現(xiàn)，兩種不同禁帶寬度的半導(dǎo)體復(fù)合，能促進(jìn)電荷分離，抑制電子-空穴的復(fù)合和擴(kuò)展光譜吸收范圍。因此，將二氧化鈦與窄禁帶寬度的半導(dǎo)體材料進(jìn)行復(fù)合，是有效提高催化劑光催化活性的一個(gè)新的研究方向。氧化鉍（Bi₂O₃）半導(dǎo)體的禁帶為2.8eV，可以很好的活化吸收可見光，但其光生電子-空穴對的氧化還原電勢不利于催化氧化物質(zhì)，且極易重新復(fù)合和容易發(fā)生光腐蝕，使用壽命有限。由于Bi₂O₃的導(dǎo)帶和價(jià)帶能級都比TiO₂的高，Bi₂O₃與TiO₂半導(dǎo)體復(fù)合，在可見光波長范圍內(nèi)，發(fā)生電子躍遷后，光生電子留在Bi₂O₃的導(dǎo)帶上，光生空穴則遷移到TiO₂的價(jià)帶上，從而起到了抑制光生電子-空穴復(fù)合的作用，形成了降解有機(jī)污染物的可見光催化劑。同時(shí)，Bi₂O₃與TiO₂半導(dǎo)體復(fù)合，可以有效抑制光腐蝕的發(fā)生，在實(shí)際應(yīng)用方面具有特別重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種氧化鉍敏化二氧化鈦納米管光催化劑的制備方法及其在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種氧化鉍（Bi₂O₃）敏化二氧化鈦（TiO₂）納米管光催化劑的制備方法，將制備好的TiO₂納米管薄膜垂直浸漬入濃度為0.01～1.0mg/L的Bi(NO₃)₂溶液中，放置24h，然后取出用去離子水沖洗后于60℃真空干燥箱內(nèi)烘10h，最后置于馬弗爐中以2℃/min的升溫速率升溫到400℃，保溫4h，之后采用2℃/min的降溫速率冷卻后至60℃后得到目標(biāo)產(chǎn)物。

所述TiO₂納米管薄膜是這樣制備的：

先以本領(lǐng)域常規(guī)水熱法合成二氧化鈦納米管，然后以乙醇或丙酮作為溶劑，配制濃度為50g/L的二氧化鈦納米管漿料，并通過涂覆方法或絲網(wǎng)印刷方法將其固定在ITO玻璃、FTO玻璃或者不銹鋼片等普通載體材料上制得厚度為50μm的TiO₂納米管薄膜。