[發(fā)明專利]納孔堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽光催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410025218.2
• 申請(qǐng)日: 2014-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103752301A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)述昕;葉金花;仝華;許華;王德法;任健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué);獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)
• 主分類號(hào): B01J23/02
• 分類號(hào): B01J23/02;B01J23/26;B01J23/04;B01J23/42;B01J35/10;C01G23/00;B01D53/86;B01D53/72;C02F1/30;C01B3/04;C07C9/04;C07C1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 宋潔瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光催化劑及其制備方法，特別涉及一種鈦酸鹽光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

20世紀(jì)以來(lái)，工業(yè)化大生產(chǎn)的騰飛帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人類生活水平的迅速提高，然而也導(dǎo)致了地球生態(tài)環(huán)境的日益惡化。進(jìn)入21世紀(jì)，環(huán)境危機(jī)已成為各國(guó)政府普遍關(guān)注的議題，環(huán)境凈化與新能源開(kāi)發(fā)、能源高效利用與節(jié)約等同等備受關(guān)注，被提升到關(guān)系到國(guó)家生存與發(fā)展的戰(zhàn)略高度來(lái)對(duì)待，因而這方面相關(guān)的研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)備受關(guān)注。

利用光催化技術(shù)凈化環(huán)境是一項(xiàng)全新的“綠色技術(shù)”，由于其耗能低，幾乎完全靠太陽(yáng)光能，以及二次污染幾乎為零(在環(huán)境凈化過(guò)程中不容易產(chǎn)生其它污染物)，越來(lái)越受到各國(guó)政府的普遍重視，并成為各國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。

光催化劑是一種半導(dǎo)體材料，其將污染物吸附在自身表面，當(dāng)太陽(yáng)光或者人造光源對(duì)其照射時(shí)，其產(chǎn)生光生空穴和電子，這些空穴與電子由催化劑內(nèi)部運(yùn)動(dòng)到表面；一部分空穴和電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中于催化劑內(nèi)部的晶體缺陷處復(fù)合發(fā)生湮滅；另一部分運(yùn)動(dòng)到表面的空穴與電子，利用其自身極強(qiáng)的氧化與還原能力可以將催化劑表面吸附的化學(xué)污染物氧化和還原，從而轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。光催化劑的結(jié)晶性決定其晶體內(nèi)部缺陷的濃度從而影響光生空穴和電子的復(fù)合幾率,而光催化劑的比表面積決定其對(duì)反應(yīng)物的吸附能力。基于材料制備學(xué)的基本觀點(diǎn)，材料的結(jié)晶性與比表面積是一組矛盾因素，即常規(guī)合成方法下，很難獲得同時(shí)具備高結(jié)晶性和大比表面積的材料。因此，開(kāi)發(fā)能夠連續(xù)調(diào)控材料結(jié)晶性及比表面積的合成工藝對(duì)實(shí)現(xiàn)光催化劑效能的最優(yōu)化至關(guān)重要。

目前研究和應(yīng)用比較廣泛的光催化劑二氧化鈦，其對(duì)小分子污染物降解效能極高，但是在應(yīng)用于含苯環(huán)甚至更大的有機(jī)分子(苯、甲苯及有機(jī)色素)的降解時(shí)，催化劑在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)失活的現(xiàn)象。而堿金屬、堿土金屬鈦酸鹽能帶帶隙較二氧化鈦大，降解分子結(jié)構(gòu)較大的有機(jī)物時(shí)反應(yīng)更徹底，不容易發(fā)生失活。制備這類鈦酸鹽的有孔材料通常采用溶劑蒸發(fā)自組裝(Evaporation-Induced?Self-Assembly,EISA)方法，后續(xù)去除有機(jī)模板需要在400攝氏度甚至更高溫度進(jìn)行燒結(jié)，合成過(guò)程中能耗大；而且，該方法對(duì)材料結(jié)晶性的控制存在缺陷，因?yàn)樵谔岣邿Y(jié)溫度以提升結(jié)晶度時(shí)，孔結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)坍塌。可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)一套通用、低溫、能夠連續(xù)調(diào)控鈦酸鹽光催化劑的結(jié)晶性及比表面積的合成方法是實(shí)現(xiàn)這類材料效能最優(yōu)化的關(guān)鍵，對(duì)推進(jìn)其實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用具有巨大意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種納孔堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽光催化劑及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中光催化劑合成過(guò)程中能耗大、生產(chǎn)成本高，材料效能低的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種納孔堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽光催化劑，所述光催化劑孔道尺寸為0.2-50納米，具有比表面積為30-500平方米/克，結(jié)晶性為0.2-2.0度。

一種納孔堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽光催化劑的制備方法，采用雙功能納米模板協(xié)助溶膠-凝膠水熱法，即在溶膠-凝膠過(guò)程中加入常見(jiàn)無(wú)機(jī)模板再利用水熱的堿性環(huán)境去除加入的模板的制備方法，適用于納孔堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽光催化劑的制備。

所述堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽是指針對(duì)通式為A₂TiO₃、A₂Ti₂O₅、A₂Ti₃O₇、A₂Ti₄O₉，其中A=Li,Na,K等堿金屬鈦酸鹽及BTiO₃、B₂TiO₄，其中B=Mg,Ca,Sr,Ba等堿土金屬鈦酸鹽及其采用摻雜、固溶產(chǎn)生的派生材料。

所述納孔堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽光催化劑的制備方法，堿金屬/堿土金屬鈦酸鹽溶膠-凝膠制備過(guò)程及納米模板投放具體包括如下步驟：

(1)按照所述化學(xué)計(jì)量比將含堿金屬/堿土金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或者有機(jī)鹽類及含Ti的有機(jī)鹽類分別溶于常用有機(jī)溶劑如乙醇、乙二醇、乙酸或丙酮等配置成溶液，然后緩慢混合再攪拌均勻。對(duì)于1所述的摻雜、固溶的情況，按照摻雜、固溶比例將相應(yīng)原料亦溶于常見(jiàn)有機(jī)溶劑，再與前述溶液混合并攪拌均勻；所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙酸或丙酮。