[發(fā)明專利]一種磷酸改性二氧化鈦光催化劑的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410618201.8
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104307543A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 華玉葉
• 申請（專利權(quán)）人: 華玉葉
• 主分類號: B01J27/18
• 分類號: B01J27/18
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 徐鵬飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磷酸改性二氧化鈦光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

已知使用由銳鈦礦型二氧化鈦組成的光催化劑，可以進行抗茵性瓷磚、自潔建材、超親水性材料、脫臭/除臭材料、水的凈化、癌癥的治療等，各種用途的開發(fā)在活躍地進行。然而，對于銳鈦礦型二氧化碳，需要400nm以下的紫外線進行激發(fā)。與此相對，在能夠成為激發(fā)光光源的太陽光和人工光中，含有比紫外線多得多的可見光線。但遺憾的是，對于上述二氧化鈦構(gòu)成的光催化劑，可見光線幾乎可以說不能良好地利用，從能量轉(zhuǎn)換效率的觀點來看，非常沒有效率。而且，該無效率性對于實用化成為很大的障礙。

隨著人們環(huán)保意識的爭強，開發(fā)可與大自然資源相結(jié)合的材料或綠色產(chǎn)品，以降低對環(huán)境破壞的程度，并提高生活品質(zhì)已成為一大趨勢。在這眾多的材料中，光催化劑便是其中的一項重要的發(fā)展方向。

光催化是一項具有廣闊應用前景的新型環(huán)境治理技術(shù)和新型能源技術(shù)。它具有低能耗、易操作、無二次污染等突出優(yōu)點。在這些研究中，由于二氧化鈦具有強大的氧化還原能力、高化學穩(wěn)定性及無毒的特性，已成為研究的重心。然而TiO2是寬禁帶材料，太陽能利用效率低，通常需要用紫外光源來激發(fā)，這限制了其實際的應用。制備可見光下高活性的TiO2是應用TiO2光催化技術(shù)的關(guān)鍵課題之一，混晶的出現(xiàn)為提高TiO2自身可見光活性創(chuàng)造了可能。目前，國內(nèi)外研究中以DegussaP25為活性標準(金紅石型質(zhì)量分數(shù)為25％，銳鈦礦型為75％，比表面積約為50m2/g)，它便是一種典型的混晶體系。另據(jù)何建波等報道，銳鈦礦與金紅石為7：3時的混晶光催化活性最高，其光催化活性是相同粒徑銳鈦礦的2～4倍。Yu等認為，銳鈦礦與板鈦礦的混晶可抑制光生電子和空穴的復合，適當?shù)陌邂伒V含量可提高TiO2的光催化活性。到目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中報道的可見光響應TiO2光催化劑通常要通過摻雜改性以提高可見光活性，導致其工藝復雜，成本提高。到目前為止，未見未經(jīng)摻雜改性的單純二氧化鈦直接具有可見光活性的報道。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)制備條件，并使其與水云母粘土相互作用，制備出了直接具有可見光活性的二氧化鈦混晶。

自從1972年日本東京大學的騰導昭及其導師多本健一教授首度發(fā)現(xiàn)光催化原理與功效以來，二氧化鈦光催化的研究一直很活躍，廣泛應用于太陽能電池的開發(fā)，氣體傳感器，太陽能分解制氫氣，污水及廢水的光催化降解，光催化殺菌，自潔及防霧等。但TiO2的禁帶較寬(Eg＝3.2eV)，只能被太陽光中僅占5％左右(λ≤387.5nm)紫外光所激發(fā)。因而，提高其量子產(chǎn)率，拓寬TiO2對占太陽光輻射46％的可見光的響應，從而全頻利用太陽能，是TiO2光催化材料的發(fā)展方向。有機染料的光譜敏化，貴金屬的擔載以及過渡金屬摻雜，雖然能提高對太陽光的利用率，但也使得二氧化鈦光催化膜紫外光光反應活性降低，光催化能力弱，光熱穩(wěn)定性變差，成本提高。Asahi等分別計算了C、N、F、P或S摻雜后TiO2的狀態(tài)密度(DDSs)，表明TiO2陰離子摻雜后，能夠使其光吸收邊緣向較低能級發(fā)生移位，激發(fā)光閥值可拓展至可見光區(qū)(Science?2001，293，269)。由于碳有合適的電導率，密度很低，碳可以通過適宜溫度的有機碳化進入二氧化鈦中，改變了可見光的吸收，從而獲得良好的光催化效果。Khan等通過控制甲烷和氧氣流量，在850度的火焰灼燒鈦片，得到碳摻雜的二氧化鈦(Science?2002，297，2243)。但是，碳摻雜的二氧化鈦高溫焙燒后主要是金紅石的形式存在，且可能導致TiO2納米晶粒團聚長大。Irie等對TiC在氧氣流中600度氧化退火，得到的碳摻雜氧化鈦。

現(xiàn)有的以二氧化鈦為代表的半導體光催化技術(shù)在有機污染物降解、分解水制氫、自潔凈表面、抗菌陶瓷等方面顯示出廣闊的應用前景。半導體光催化反應的機理是通過吸收能量超過帶隙對應能量的光子，光催化劑的價帶電子激發(fā)生成光生空穴和電子，進而遷移到催化劑表面與吸附的有機污染物或水分子進行氧化還原反應的過程。這種方法具有能耗低、反應條件溫和、操作簡便等許多優(yōu)點。然而目前應用較多的TiO2等寬帶隙半導體化合物僅在紫外光范圍起作用，而太陽光能量主要集中在400-700nm的可見光范圍，外加紫外光源對于開放環(huán)境系統(tǒng)的光催化凈化技術(shù)非常不利，既增加了成本同時也帶來了安全問題，所以是不可行的。利用自然光降解有毒有機污染物或光解水制氫對于環(huán)保和能源開發(fā)具有重大意義。