[發(fā)明專利]p?n結(jié)型復(fù)合光催化劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710056729.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN106732737A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖和淼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 邵陽學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;C02F1/30;C02F103/30;C02F101/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種p-n結(jié)型復(fù)合光催化劑，還涉及該光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

紡織工業(yè)產(chǎn)生的染料污水是水污染的主要來源之一，目前各種物理、化學(xué)和生物的方法對(duì)染料污水進(jìn)行處理，也只能將污染物從一種相態(tài)轉(zhuǎn)移到另外一種相態(tài)，而不能把它破壞掉。光催化方法是一種更有效的水處理方法，它可以破壞染料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，處理污水中的染料徹底而受到人們的廣泛關(guān)注。室內(nèi)過多的使用含有甲醛黏合劑的裝飾材料或家具，會(huì)長時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生過量的甲醛有害氣體，且這些甲醛氣體需要3～15年才能揮發(fā)完畢。長時(shí)間的逗留在甲醛氣體充斥的密閉室內(nèi)，人會(huì)出現(xiàn)頭痛、無力、記憶力下降等癥狀。且對(duì)老人、兒童和孕婦體質(zhì)較弱群體的危害更加明顯。凈化室內(nèi)空氣關(guān)系到人們的身體健康。

利用半導(dǎo)體作為光催化劑，光催化降解和消除有害有機(jī)物，引起人們極大的關(guān)注，這種方法具有高效、節(jié)能、不存在二次污染等特點(diǎn)。其中納米二氧化鈦由于其具有粒度小、粒徑分布窄、比表面積大、純度高、價(jià)廉、無毒、穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)、治理等領(lǐng)域尤其顯著。二氧化鈦TiO2是最常用的污水處理和祛除甲醛污染的半導(dǎo)體光催化劑，但由于TiO2有限的催化活性和選擇性，TiO2禁帶寬度大(3.2ev)只能利用太陽光中紫外線部分(僅占太陽光能3%-4%)這使得TiO2在實(shí)際應(yīng)用中難以大規(guī)模推廣，限制了它的廣泛應(yīng)用。《西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》2011年02期公開了“雙摻雜二氧化鈦的制備及其在降解染料廢水中的應(yīng)用”， 研究了溶膠-凝膠法制備的Sm、Ag共摻雜的TiO2，并用XRD、TEM等技術(shù)表征了催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)及吸光性能，樣品的表征與光催化活性測試結(jié)果表明，Sm離子的引入，使催化劑增加了儲(chǔ)氧能力及熱穩(wěn)定性和選擇性，Ag離子的摻雜顯示了電荷分離，抑制了光催化的促進(jìn)作用和對(duì)氧氣還原反應(yīng)的催化作用。兩種離子的引入使TiO2樣品的拓寬了光響應(yīng)范圍，使可見光吸收強(qiáng)度增大。近十年來，將p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體復(fù)合的研究很多，p-n復(fù)合型光催化劑按p型材料可分為鈷氧化物、鎳氧化物、銅氧化物及其他四類。應(yīng)繼續(xù)通過對(duì)雜質(zhì)的缺陷的控制，開發(fā)更多的p型和n型半導(dǎo)體光催化材料，繼續(xù)對(duì)各種復(fù)合手段進(jìn)行廣泛研究，制備出穩(wěn)定的p-n復(fù)合型光催化劑。特別要對(duì)p-n復(fù)合型光催化劑的界面狀態(tài)進(jìn)行研究，以了解光生載流子在兩種半導(dǎo)體間的遷移規(guī)律。p-n復(fù)合型光催化劑的研究任重道遠(yuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于研發(fā)一種p-n結(jié)型復(fù)合光催化劑，解決二氧化鈦有限的催化活性和選擇性問題，使之具有良好的光催化性、較好的結(jié)晶度以及較大的比表面積，對(duì)可見光具有較為理想的吸收效果，應(yīng)用該復(fù)合光催化劑進(jìn)行光催化降解有機(jī)污染物或祛除室內(nèi)甲醛等有害氣體。本發(fā)明的目的之二是提供p-n結(jié)型復(fù)合光催化劑的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：p-n結(jié)型復(fù)合光催化劑，所述p-n結(jié)型復(fù)合光催化劑包括摻雜元素硼、氮、鋯、釔、鑭的n型干凝膠與p型干凝膠；n型干凝膠各元素的摩爾比為：Ti:N:Zr:La:Y=100:10-15:0.4-0.6:0.3-0.4:0.4-0.6；p型干凝膠各元素的摩爾比為：Ti:B:Zr:La:Y=100:1.0-1.5: 0.4-0.6:0.3-0.4:0.4-0.6。

進(jìn)一步地，在摻雜的硼、氮、鋯、釔、鑭元素中，摻雜元素鑭、釔可選用其中的一種或兩種。

p-n結(jié)型復(fù)合光催化劑的制備方法，將n型與p型干凝膠等質(zhì)量混合研磨成細(xì)粉，通過溶膠-凝膠法制備而成，包括如下步驟：

制備a溶液：在室溫下，取40ml無水乙醇、80ml正丁醇、40ml鈦酸四丁酯混合均勻，即可；

制備b溶液：用40ml無水乙醇溶解完全0.186g硼酸、0.267g五水合硝酸鋯、0.178g硝酸釔和0.178g六水合硝酸鑭，即可；

制備c溶液：在10ml無水乙醇中加入2~4ml蒸餾水，并滴加8滴稀硝酸，即可；

制備d溶液：用40ml無水乙醇溶解完全0.946g醋酸銨、0.267g五水合硝酸鋯、0.113g硝酸釔和0.178g六水合硝酸鑭，即可；

制備e溶液：在10ml無水乙醇中加入2~8ml蒸餾水，并滴加8滴稀硝酸，即可；

將b、c溶液依次緩慢加到a溶液中，靜置陳化后放入100℃干燥箱中干燥，即各元素摩爾比為Ti:B:Zr:La:Y=100:1.25:0.53:0.35:0.54的p型干凝膠；