[發(fā)明專利]高效二氧化鈦光催化劑及其制備和應用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310639547.1
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103657622A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 林琳;趙斌;何丹農(nóng)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;C02F1/32;B01D53/86
• 代理公司: 上海東方易知識產(chǎn)權(quán)事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術(shù)領(lǐng)域

???本發(fā)明涉及二氧化鈦催化劑的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種高催化活性的二氧化鈦的制備方法及應用。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人類對賴以生存的化石能源的過度使用導致了溫室效應、大氣污染、土壤污染、水污染等一系列嚴重的環(huán)境污染問題，從而極大的破壞了地球的生態(tài)環(huán)境。環(huán)境污染除了給生態(tài)系統(tǒng)造成直接的破壞和影響外，污染物的積累和遷移、轉(zhuǎn)化還會引起各種衍生的環(huán)境效應，給生態(tài)系統(tǒng)和人類社會造成間接的更嚴重的危害。因此，解決環(huán)境問題從而實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展成為二十一世紀極具挑戰(zhàn)性的課題。光催化氧化法是近年來出現(xiàn)的高級水處理技術(shù)，在一定的反應時間內(nèi)通?？梢詫⒂袡C物完全礦化為CO₂和H₂O等簡單無機物，避免了二次污染，簡單、高效，是一種應用性很強的高級氧化技術(shù)。半導體光催化劑TiO₂由于無毒、價廉、穩(wěn)定性高和優(yōu)異的光電性能而引起了人們的廣泛關(guān)注。但是，傳統(tǒng)的TiO₂光催化劑因光生電荷復合率高而限制了其大規(guī)模的環(huán)境應用。因此，如何進一步提高TiO₂光催化劑的光催化效率成為函待解決的問題。

眾所周知，TiO₂是一種非常穩(wěn)定的半導體材料，紫外光激發(fā)后能產(chǎn)生電子和空穴對，電子和空穴對的復合幾率決定了對光的利用率。電子和空穴對的復合幾率是由TiO₂的粒子尺寸、相結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、比表面積等特性決定的。通常，銳鈦礦相TiO₂具有最高的光催化活性。較小的粒子尺寸使得TiO₂具有較高的比表面積，從而有利于提高表面反應和提供更多的活性中心。高的結(jié)晶度使得TiO₂具有較少的表面缺陷，可以減少光生電子和空穴的復合中心，從而提高光催化活性。為了提高結(jié)晶度，通常需要進行高溫焙燒，這樣就造成比表面積的降低和晶粒聚集，從而導致了較低的光催化效率。值得注意的是，多維材料具有高的活性位點及體積比而非常有利于反應物和產(chǎn)物的擴散以及對光的吸收利用。因此，合成同時具有高結(jié)晶度和較大比表面積的銳鈦礦相多維納米TiO₂光催化劑有利于大大提高催化劑的光催化活性。然而，獲得同時具備這些特性的TiO₂光催化劑目前仍是一挑戰(zhàn)性課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有二氧化鈦光催化劑比表面積小、光催化活性低、效率差、合成工藝復雜等技術(shù)問題，通過調(diào)節(jié)電解質(zhì)的強度來制備具有高比表面積、高催化活性的不同形貌二氧化鈦催化劑。并且該方法工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，成本低，性能穩(wěn)定，可重復性強，具有潛在的工業(yè)應用前景。

一種高效二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下工藝步驟：

（1）量取氨水，在攪拌中，加入電解質(zhì)；

（2）將鈦酸四丁酯滴入上述溶液中，在鈦酸酯快速水解的同時劇烈攪拌使之混合均勻；

（3）將混合均勻的懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在120～180℃下水熱反應12～72小時；

（4）反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用蒸餾水、無水乙醇洗滌，然后在60～80℃下干燥6～24小時，即得到具有高效催化活性的二氧化鈦光催化劑。

步驟（1）中所述的電解質(zhì)為氯化鈉，氫氧化鈉，碳酸鈉，磷酸鈉中的一種。

步驟（2）中所述的鈦源為硫酸鈦、或鈦酸四丁酯，或鈦酸異丙酯。

步驟（2）中所述加入的鈦酸酯與電解質(zhì)的摩爾比為10:1~40:1。

步驟（5）中所述的干燥方法為常壓干燥，或真空干燥。

根據(jù)上述任意一項所述方法制備得到的高效二氧化鈦光催化劑。

高效二氧化鈦光催化劑在降解染料中的應用。

本發(fā)明所述的一種高效二氧化鈦光催化劑的制備及應用，其特征在于：采用鈦酸酯為原料，氨水為溶劑等，并在攪拌過程中加入電解質(zhì)、酸及蒸餾水，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯中水熱反應一段時間后，通過離子強度的調(diào)節(jié)得到高比表面積、高催化活性的不同形貌納米二氧化鈦光催化劑。該制備方法所獲得二氧化鈦納米活性位點多、比表面積大、催化活性高，產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定。?

本發(fā)明制備的二氧化鈦納米材料，具有較大的比表面積，且具有非常高的結(jié)晶度。本發(fā)明方法制備的二氧化欽光催化劑活性位點多，這有利于反應物和產(chǎn)物的擴散以及對光的吸收利用。由本發(fā)明方法制備的納米二氧化欽光催化劑具有很高的光催化活性，在紫外光照射下，可以有效地催化降解空氣和水中的有機污染物。合成工藝簡單、成本低、產(chǎn)量高、所需設備簡易，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。