[發明專利]一種可見光催化降解羅丹明B的鈦基復合材料及其制備

在審

• 申請號: 201810370958.8
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108339574A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 李艷霞;陳幼萍
• 申請（專利權）人: 閩江學院
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;李翠娥

本發明公開了一種可見光催化降解羅丹明B的鈦基復合材料及其制備方法，屬于環境污水處理技術領域，涉及光催化的新材料制備。具體是采用溶膠?凝膠法制備TiO₂納米粉體，以Ag⁺為摻雜劑，以離子液體(IL)為修飾劑，液相共沉淀法制備TiO₂/Ag⁺/IL納米復合材料。可見光照下考察該復合納米材料對于羅丹明B染料的光催化降解性能，經條件優化，其降解率可達到98.87%。該方法成本低廉、制備簡便、對羅丹明B降解效果極佳，有效提高環境污水處理效率，實現社會效益、經濟效益、環境效益的有機統一。

技術領域

本發明屬于TiO₂基復合材料制備方法，具體涉及一種可見光催化降解羅丹明B的鈦基復合材料及其制備方法。

背景技術

大自然的環境遭受著前所未有的污染，環境問題已成為熱點問題，科學界也引起了一股“環境熱”。納米材料光催化技術在環境污水降解方面具有廣闊的發展前景和應用空間。含有染料、農藥、有機污染物等物質的環境污水，都可以進行光催化反應，通過脫色、光催化降解成對環境無害的小分子物質。相對于傳統的物理化學處理方法，通過適當方法合成的納米材料作為光催化劑對染料和有機物進行降解有許多顯著優點，主要表現在結構本性、化學性能、光催化程度等方面。例如納米材料的晶粒較小，聚集在表面的粒子數量多，形成了高濃度的晶界，從而提高光催化效率。

眾多納米材料中，TiO₂納米材料以其自身化學性質穩定、高催化活性和價格低廉等優點脫穎而出，成為納米材料的研究主角。單一的TiO₂的禁帶寬帶較低，電子空穴復合率較高，對可見光利用率低等限制了對這類納米材料的應用。納米光催化劑在可見光的照射下，可發生強氧化還原反應，有效的降解污染物。TiO₂具有化學性質穩定、無毒、抗腐蝕性能強和成本低等優點而成為最具有潛力和應用前景的半導體光催化材料。納米TiO₂材料有較大的禁帶寬度（3.0-3.2eV）和較低的量子效應，只能被紫外光所激發，吸附能力差，對可見光的利用度極低。TiO₂產生的光生電子-空穴對催化劑內部和表面復合概率高，反而降低了光催化性能。再者，紫外光對人體皮膚有較大的傷害。

摻雜復合金屬材料、非金屬材料、表面貴金屬沉積、離子液體等手段對TiO₂進行修飾改性，拓寬納米材料對可見光的禁帶寬度，從而達到較高的光催化性能。 離子摻雜是對TiO₂納米光催化材料改性的方法之一，主要包括金屬離子摻雜（稀土金屬、過渡金屬）和非金屬材料摻雜。金屬離子摻雜是利用過渡金屬離子d電子對太陽光吸收的靈敏作用，在TiO₂納米材料中摻雜過渡金屬離子，可以增大光催化劑對光的響應波長范圍，從紫外光的局限性，延伸至可見光的應用范疇，從而增強了光催化能力。其次，TiO₂微球是一種特殊的殼體，在其表面負載金屬離子，向其表面引入電荷，降低了電子-空穴對的復合率和表面電荷的遷移率，從而提高TiO₂納米材料的光催化性能。一定量的金屬離子摻雜可以使光催化材料出現“雜質能級”，可以作為電子跳躍的跳板，減少躍遷所需要的能量。常用的過渡金屬離子有Fe、Cu、Mo、Re、Ag等，稀土金屬摻雜有Ce、La、Nd等。

離子液體是由大的無機陰離子（BF₄^-、PF₆^-等）和氮、磷有機陽離子組成，在室溫和相鄰溫度下，完全以離子態的形式存在。由于離子液體的陽離子和陰離子的數目相等，所以一般認為它是中性的，并且由于其中的離子高度不對稱，所以很難積聚起來，導致它的結晶受阻，所以它在室溫下呈液態，俗稱“室溫離子液體”。與有機溶劑相比，離子液體具有較高熱穩定性、高化學穩定性、黏度低、低熔點、良好的電化學性、能溶解多種有機材料和無機材料等優勢，逐漸在改良TiO₂納米材料中被應用。

發明內容