[發(fā)明專(zhuān)利]一種弱可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合光催化劑及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810354550.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108636395A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王挺;李瑤;潘家豪;李冰蕊;吳禮光;丁知非
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/10
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/10;B01J37/03;B01J37/10;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

本發(fā)明公開(kāi)了一種弱可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合光催化劑及其制備和應(yīng)用：(1)稀土離子硝酸鹽和鈦酸四丁酯混合溶解形成復(fù)合反應(yīng)物溶液A；(2)將氧化石墨烯、無(wú)水乙醇和去離子水混合溶解形成吸附體系B；(3)水浴攪拌中復(fù)合反應(yīng)溶液A緩慢滴加到吸附體系B中，得懸浮體系；(4)懸浮體系移入高壓釜中，密閉后在160℃～180℃下進(jìn)行熱處理；(5)熱處理反應(yīng)液冷卻后分離，經(jīng)洗滌和烘干處理后即得催化劑。稀土金屬離子半徑遠(yuǎn)大于Ti4+原子，摻雜后的少量稀土離子加入后分散于TiO₂晶格結(jié)構(gòu)中，會(huì)促進(jìn)TiO₂晶型從銳鈦礦到金紅石的轉(zhuǎn)變，且形成晶格畸變結(jié)構(gòu)而使得晶胞參數(shù)發(fā)生變化，同時(shí)促進(jìn)催化劑的可見(jiàn)光響應(yīng)并提升其可見(jiàn)光下的光催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可見(jiàn)光相應(yīng)稀土離子摻雜型復(fù)合光催化劑制備以及含鹽廢水體系中可見(jiàn)光光催化氧化降解污染物領(lǐng)域，具體涉及一種人工海水體系中弱可見(jiàn)光響應(yīng)的稀土離子摻雜的TiO₂/還原石墨烯復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

工農(nóng)業(yè)廢水的陸排和航運(yùn)需求的快速發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的海洋環(huán)境污染問(wèn)題。海洋中多種有機(jī)污染物的長(zhǎng)期作用對(duì)海洋生物造成了很大的危害，甚至已經(jīng)在深海魚(yú)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)致癌物多環(huán)芳烴的存在。區(qū)別于傳統(tǒng)有機(jī)物污染的廢水體系，海水中有機(jī)污染物濃度非常低且有大量鹽離子的干擾(海水中鹽離子濃度3～5％左右)。低濃度有機(jī)物和鹽離子干擾的特點(diǎn)使得微生物降解、活性炭吸附和膜分離等傳統(tǒng)處理技術(shù)都面臨著難以克服的操作條件和成本上的難點(diǎn)。由于高效且無(wú)選擇降解的優(yōu)點(diǎn)，TiO₂為代表的多相光催化技術(shù)成功地用于多種低濃度、難降解有機(jī)污染物去除，這為海水中低濃度有機(jī)污染物的治理提供了全新的研究方向。

多相光催化過(guò)程首先需要有機(jī)污染物被催化劑吸附，而海水中大量鹽離子還是會(huì)影響光催化過(guò)程的進(jìn)行，甚至導(dǎo)致光催化劑失活。另外，海洋環(huán)境體系中能利用的光源都屬于弱光光源(光強(qiáng)通常在10mW/cm²以?xún)?nèi))，弱光激發(fā)下有效避免鹽離子干擾而高效光催化降解有機(jī)污染物的難度更大。前期工作中發(fā)現(xiàn)，吸附相反應(yīng)技術(shù)得到的SiO₂-TiO₂和商用P25光催化劑在弱紫外光激發(fā)下對(duì)純水中有機(jī)污染物有著良好降解活性。但，在海水體系中由于鹽離子干擾，兩種催化劑在弱紫外光下光降解海水中苯酚的活性明顯弱于同樣條件下純水中光降解活性。而加強(qiáng)催化劑對(duì)有機(jī)污染物的吸附抵抗無(wú)機(jī)離子干擾，可以有效解決海水中鹽離子對(duì)光催化的干擾。

然而，和所有自然環(huán)境一樣，海洋環(huán)境體系中能被利用的光源主要是較弱的可見(jiàn)光光源(光強(qiáng)在10mW/cm²以下)。因此，設(shè)計(jì)并構(gòu)建可在較弱可見(jiàn)光激發(fā)下高效降解海水中的有機(jī)污染物，是將多相光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于海洋中有機(jī)污染物去除的首要條件。目前TiO₂可見(jiàn)光響應(yīng)的拓展最有效且綠色的方法是在其中引入Ti³⁺進(jìn)行自摻雜。例如公開(kāi)號(hào)為CN 104741104A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開(kāi)了一種Ti³⁺自摻雜銳鈦礦二氧化鈦納米晶的制備方法，由二價(jià)鈦源的氧化凝膠化、溶劑熱形成納米晶、產(chǎn)品洗滌及干燥步驟完成，通過(guò)該發(fā)明所述方法獲得的Ti³⁺自摻雜銳鈦礦二氧化鈦納米晶、粒子粒徑在50nm左右，與傳統(tǒng)Ti³⁺摻雜銳鈦礦二氧化鈦納米晶相比，尺寸分布均勻、不引入其它雜元素，Ti³⁺缺陷的引入賦予材料優(yōu)異的可見(jiàn)光光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種人工海水體系中弱可見(jiàn)光響應(yīng)的稀土離子摻雜的TiO₂/還原石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法，稀土金屬離子半徑遠(yuǎn)大于Ti4+原子，摻雜后的少量稀土離子加入后分散于TiO₂晶格結(jié)構(gòu)中，會(huì)促進(jìn)TiO₂晶型從銳鈦礦到金紅石的轉(zhuǎn)變，且形成晶格畸變結(jié)構(gòu)而使得晶胞參數(shù)發(fā)生變化，同時(shí)促進(jìn)催化劑的可見(jiàn)光響應(yīng)并提升其可見(jiàn)光下的光催化活性。

一種弱可見(jiàn)光響應(yīng)的稀土金屬離子摻雜TiO₂/還原石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法，包括如下步驟：