[發明專利]八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑在可見光下降解有機染料方面的應用

在審

• 申請號: 201610041984.7
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105600868A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 趙彥英;尤會敏
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;B01J31/22;C02F101/30
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;侯蘭玉

技術領域

本發明涉及一種用于降解多種有機染料的可見光催化劑，特別涉及一種八羧基酞 菁鐵敏化二氧化鈦催化劑在可見光下降解有機染料方面的應用。

背景技術

光催化降解環境污染物具有反應條件溫和、無毒無害、不產生二次污染和處理費 用低廉等優點，能降解絕大多數有毒有害化學物質，是很有前途的環保方法。至今，已發現 有3000多種化合物在紫外線照射下可通過TiO₂等光催化材料迅速分解，并且反應條件溫 和，操作便利，不產生二次污染，特別是當水中污染物濃度較低或用其他方法難以處理時， 這種方法的優勢更為明顯。TiO₂的光催化活性可以通過對TiO₂進行修飾而得到提高，因此改 性后的TiO₂對污染物的降解能力會明顯提高。

對TiO₂改性從而提高光催化活性和污染物降解能力是當今研究的熱點。有機染料 是紡織等工業生產過程產生的廢水中釋放出的主要的污染物。由于染料潛在的毒性，對有 機染料的去除和降解成為大家感興趣的研究課題。研究開發了很多種解決辦法，在這些方 法中TiO₂等多種光催化劑的利用似乎是最有希望的技術。有研究認為，在光照條件下TiO₂表 面具有超親水性，TiO₂表面的超親水性起因于其表面結構的變化。在紫外光照射下，TiO₂價 帶電子被激發到導帶，電子和空穴向TiO₂表面遷移，在表面生產電子-空穴對，電子與Ti4+ 反應，空穴則與表面橋氧離子反應，分別形成正三價的鈦離子和氧空位。此時，空氣中的水 解離吸附在氧空位中，成為化學吸附水(表面羥基)，化學吸附水可進一步吸附空氣中的水 分，形成物理吸附層。TiO₂顆粒在液體介質中因表面帶有電荷就會吸附相反的電荷而形成 擴散雙電層，使顆粒有效直徑增加，當顆粒彼此接近時，因各具同性電荷而相斥，有利于分 散體系的穩定。選擇八羧基酞菁鐵為增感敏化劑，能有效和親水性的銳鈦礦TiO₂相結合，增 強它們之間的相互作用力。為復合催化劑的穩定性打下了基礎。同時由于酞菁能吸收可見 光的特點，此光催化劑克服了單獨的TiO₂只能吸收紫外光的缺點，增大了對光的利用范圍， 為光降解染料廢水提供了理論可能性的依據。

發明內容

本發明提供一種八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑在可見光下降解有機染料方 面的應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑在可見光下降解有機染料方面的應用。本 發明的催化劑的優點是：1.水溶性好；2.負載型催化劑避免了金屬酞菁的團聚；3.將紫外光 催化擴展到可見光催化；4.可同時降解廢水中的五種染料。

作為優選，該催化劑中二氧化鈦的粒徑為50-80nm。

作為優選，所述的應用主要指降解染料廢水中的有機染料。

作為優選，所述的有機染料包括羅丹明B(RB)、亞甲基藍(MB)、中性紅(NR)、酸性紅 (AR)和孔雀石綠(MG)中的一種或幾種。

作為優選，八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑的用量為0.2-2g/L。

本發明通過浸漬法將FePc(COOH)₈敏化TiO₂后制備出FePc(COOH)₈/TiO₂光催化劑， 對催化劑進行FI-IR、UV、XRD、BET、DRS、PL、XPS、SEM等一系列的定性分析和機理探討。最后 本發明以亞甲基藍、羅丹明B、中性紅、酸性紅、孔雀石綠為研究底物，進行模擬染料廢水的 研究。

經研究發現本發明的八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑具有以下優點：

(1)紫外和紅外表征方法表明八羧基酞菁鐵表面上的-COOH和二氧化鈦表面上的- OH相結合，使酞菁鐵不易從二氧化鈦表面上脫落，增加了催化劑的穩定性。

(2)掃描電子顯微鏡測試結果表明，從二氧化鈦的表面形貌分析，二氧化鈦表面粗 糙，比表面積大，能提供和羧基酞菁鐵相結合的活性位點較多，從而加強四羧基鐵酞菁在二 氧化鈦表面上結合能力。

(3)采用不同濃度的酞菁制備了不同二氧化鈦表面酞菁負載量的催化劑，進行光 催化劑性能測試，探索出最佳的酞菁濃度來制備光催化劑。