[發明專利]以廢棄物為碳源制備碳摻雜氧化鈦可見光催化劑的方法

有效

• 申請號: 201810985719.3
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109894132B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 陳彪;李潔;黃婧;肖艷春
• 申請（專利權）人: 福建省農業科學院農業工程技術研究所
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;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

本發明屬于氧化鈦材料的制備領域，具體涉及以廢棄物為碳源制備碳摻雜氧化鈦可見光催化劑的方法。通過以氫氧化鈉和氫氧化鉀混合堿為熔融溶劑、以農林廢棄物蕨類植物葉子及二氧化鈦為原料、以鹽酸溶液（pH=1）為萃取劑，以去離子水為清洗劑、洗滌劑，以無水乙醇為洗滌劑及干燥載體，在常壓、180℃低溫條件下，合成碳前驅體?鈦酸鹽復合材料，最后經450℃煅燒得多孔結構的碳摻雜氧化鈦材料。產物純度高，化學物理性能穩定。碳表面含親水性官能團，碳摻雜氧化鈦材料呈現良好的水分散性并且光響應范圍可拓展至太陽光中的可見光波段，具備可見光催化活性。

技術領域

本發明屬于氧化鈦材料的制備領域，具體涉及以廢棄物為碳源制備碳摻雜氧化鈦可見光催化劑的方法。

背景技術

環境污染已是二十一世紀急需解決的問題，污染的水源給人們的生活帶來越來越嚴重的影響。光催化技術在污染治理和環境保護方面發揮著重要作用，可以直接將光轉化成化學能，促進化合物的合成、降解，具有能耗低、效率高、無二次污染并可重復使用等優點，已成為眾多科研領域廣泛關注和研究的熱點。二氧化鈦(TiO₂)化學性質穩定、光照后不易發生光腐蝕、成本低廉、光催化反應活性高且對生物無毒，被公認為是當前最有應用潛力的一種半導體光催化劑，在過去的幾十年中得到了迅速的發展，廣泛應用于污水處理、空氣凈化、自清潔建筑材料、太陽能電池、傳感器等方面。

但由于TiO₂光催化反應需以紫外光激發，使其規模化應用受到限制。為了充分利用太陽光能，并且拓寬TiO₂的規模化應用，對TiO₂催化劑進行改性，使其光響應波長紅移至可見光區，從而可以直接利用太陽輻射，改變傳統紫外照射需消耗能源的狀況，是各種學者研究的重點。對TiO₂的改性方法包括半導體復合、金屬離子摻雜、貴金屬修飾、強酸修飾、染料敏化等。

光催化劑的固定化是光催化技術能否實用的一個決定性因素。在廢水處理中一般是將TiO₂固定在某些載體上，不僅可增加TiO₂的比表面積，還能提高TiO₂利用率。目前常用的載體有硅膠、活性氧化鋁、玻璃纖維網、層狀石墨等。但是由于光催化反應主要發生在光催化劑的表面，多孔性載體通常不能很好的發揮光催化作用，反而造成催化劑的浪費。

如何制備一種能在可見光區響應的固定于載體上的TiO₂光催化劑，是本發明要解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供以廢棄物為碳源制備碳摻雜氧化鈦可見光催化劑的方法。碳摻雜后的氧化鈦材料光響應范圍可拓展至太陽光中的可見光，其中碳表面含親水性官能團，使氧化鈦材料呈現良好的水分散性及可見光催化活性。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

以廢棄物為碳源制備碳摻雜氧化鈦可見光催化劑的方法，包括以下步驟：

1）碳前驅體-鈦酸鹽熔融液的制備：將無水氫氧化鈉和無水氫氧化鉀混合，在180℃±2 ℃、0.1 MPa條件下，熔融60 min±2 min，制得混合堿澄清液；將蕨葉粉末和二氧化鈦粉末加入混合堿澄清液中，攪拌5-6min，得蕨葉+氫氧化鈉+氫氧化鉀+二氧化鈦熔融澄清液；將蕨葉+氫氧化鈉+氫氧化鉀+二氧化鈦熔融澄清液在180 ℃±2 ℃、0.1 MPa條件下保溫720 min±10 min，獲得氫氧化鈉+氫氧化鉀+Na₂CO₃+K₂CO₃+碳前驅體-鈦酸鹽熔融液；

2）趁熱往氫氧化鈉+氫氧化鉀+Na₂CO₃+K₂CO₃+碳前驅體-鈦酸鹽熔融液中加入pH=1的鹽酸溶液，攪拌10 min，然后自然冷卻至室溫，離心，取下層灰白色產物；