[發(fā)明專利]用于降解汽車尾氣的鑭－碳共摻雜改性二氧化鈦制備方法

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• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN109012652A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許濤;田清;郭濤;王宏暢
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/10;B01J37/03;B01J37/08;B01D53/94;B01D53/62
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本發(fā)明是一種用于降解汽車尾氣的鑭?碳共摻雜改性TiO₂制備方法，屬于路面材料技術(shù)領(lǐng)域，解決目前普通TiO₂禁帶寬度較大、只能吸收紫外光、難以利用太陽光、光生載流子復(fù)合率高、催化降解效率低等問題。本發(fā)明分別用硝酸鑭溶液作為鑭源、葡萄糖溶液作為碳源，取甲醇放入反應(yīng)釜內(nèi)膽中，在磁力攪拌器的作用下依次加入鈦酸四丁酯、硝酸鑭溶液、葡萄糖溶液以及月桂酸，混合均勻，將裝有混合溶液內(nèi)膽放入反應(yīng)釜，反應(yīng)完成后冷卻至室溫，得到固體沉淀物，用無水乙醇進(jìn)行清洗、干燥，最后模擬太陽光測試鑭和碳共摻雜改性TiO₂對汽車尾氣主要成分的光催化降解效果，確定鑭和碳最佳摻量。本發(fā)明制備光催化劑降解效率高，減少尾氣污染，改善空氣質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是用于降解汽車尾氣的鑭-碳共摻雜改性二氧化鈦(TiO₂)制備方法，屬于路面材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機(jī)動車排放的尾氣已成為城市空氣污染的主要來源之一，影響著人們的身體健康和空氣質(zhì)量。長期接觸汽車尾氣會直接刺激人體呼吸道，導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)的免疫力下降，尾氣中低濃度的CO會與人體的血紅素結(jié)合形成一氧化碳血紅素，一旦超過10％就會對人產(chǎn)生不良影響。研究結(jié)果表明，汽車尾氣不僅威害人類健康，而且還會影響生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致城市溫室效應(yīng)、酸雨和城市光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題，而道路兩旁受污染嚴(yán)重的土壤中有害物質(zhì)近百種，除了最常見的鉛污染(道路兩側(cè)土壤中的鉛污染絕大部分來自汽車尾氣)，還包括多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物。這些物質(zhì)在生物體內(nèi)容易富集，難以降解，若通過農(nóng)作物和動物體進(jìn)入人體將會對身體產(chǎn)生危害。

近年來，為了解決汽車尾氣問題，道路工作研究者們考慮從汽車的載體-道路材料入手，開發(fā)一種新型的可降解汽車尾氣的功能性路面材料。到目前為止，這項(xiàng)技術(shù)在國際上已取得了一定的成果，證實(shí)了其應(yīng)用的可行性，日本、英國、意大利等國家已經(jīng)開始了這方面的研究，并通過對實(shí)際測試路段的分析總結(jié)，取得了一定的成果。

目前基于道路材料降解汽車尾氣中，一般是將TiO₂與瀝青混合料進(jìn)行結(jié)合。雖然在光催化條件下它是可以與尾氣發(fā)生催化反應(yīng)，但是由于普通TiO₂具有比較寬的帶隙(3.23eV)，吸收光譜較短，只能吸收紫外光，但是紫外線在太陽光中所占比例約為5％，不能利用更多的太陽光，而且光生載流子容易發(fā)生復(fù)合，降低催化降解效率，因此需要對TiO₂進(jìn)行改性。

目前，TiO₂的改性方法有多種，例如半導(dǎo)體耦合、摻雜改性元素、貴金屬沉積等，但是研究較多的是元素?fù)诫s法，一般有金屬離子、非金屬離子、稀土元素等。稀土元素具有復(fù)雜的能級結(jié)構(gòu)，摻雜TiO₂，可在TiO₂的禁帶中引入雜質(zhì)能級，減小禁帶寬度，且其具有獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，在TiO₂中可以引起晶格畸變，易于形成氧缺位，增強(qiáng)了催化劑對反應(yīng)物的吸附能力；非金屬離子的摻雜使TiO₂的禁帶寬度變窄，是因?yàn)樵赥iO₂中引入晶格氧空位或一部分氧空位被非金屬元素所取代，以此提高催化活性，采用非金屬原子可使TiO₂的可見光催化活性提高的同時又不影響其紫外光催化活性，因此二者可發(fā)揮協(xié)同作用，大大提高TiO₂的光催化性能。

因此，本發(fā)明提供一種用于催化降解汽車尾氣的鑭-碳共摻雜改性TiO₂制備方法，采用鑭-碳共摻雜改性TiO₂光催化劑，降低禁帶寬度，拓展響應(yīng)光譜寬度，使其光吸收譜帶發(fā)生紅移，提高可見光利用率，更多利用太陽光，改善TiO₂光催化效率，從而催化降解汽車尾氣，提高空氣質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

(1)技術(shù)問題