[發明專利]一種用于光催化降解VOCs的稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811026084.0
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109174075A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 孫靜;饒澤鵬;謝曉峰;王焱;王曉;陸冠宏;代雪萍;曾慶龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/02;B01J37/03;B01J37/08;B01J23/92;B01J38/12;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

1.一種稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料的制備方法，其特征在于，包括：

（1）將醇和酸均勻混合，得到混合溶劑；

（2）將鈦源分散于所得混合溶劑中并逐滴加入水，得到混合溶液A；

（3）再將稀土源加入所得混合溶液A中，得到混合溶液B；

（4）將所得混合溶液B在常溫下攪拌0.5～5小時，得到溶膠；

（5）將所得溶膠經干燥和煅燒，再經研磨，得到稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述醇為乙醇、甲醇、異丙醇、乙二醇、正丁醇、正己醇中的至少一種；所述酸為乙酸、丙酸、檸檬酸中的至少一種。

3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述鈦源為可水解含鈦的化合物，優選異丙醇鈦、鈦酸四丁酯、四氯化鈦中的至少一種。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述水、醇和酸的體積比為1：（5～50）:（1～20），優選為1:（10～20）:（2～10），更優選為1:（5～20）:（1～8），最優選為1:（10～15）:（2～5）。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述水的加入速率為0.01～0.5ml/秒，優選為0.05～0.5 ml/秒，更優選為0.05～0.1ml/秒。

6.根據權利要求1-5中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述稀土源為含有Yb、Er、Tm、Pr、Ho中的至少一種元素的可溶性稀土鹽，優選為稀土硝酸鹽、稀土硝酸鹽水合物中的至少一種。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述鈦源和水的摩爾比為1:（3～50）。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述稀土源和鈦源的摩爾比為（0.001～0.10）:1，優選為（0.0025～0.015）:1。

9.根據權利要求1-8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述攪拌的溫度為20～30℃，時間為0.5～5小時。

10.根據權利要求1-9中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為40～120℃，時間為5～30小時；所述煅燒的溫度為200～800℃，時間為0.5～5.5小時。

11.一種根據權利要求1-10中任一項所述的制備方法制備的稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料，其特征在于，所述稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料中稀土元素和二氧化鈦的摩爾比為（0.001～0.10）:1，優選為（0.0015～0.015）:1。

12.根據權利要求11所述的稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料，其特征在于，所述稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料的粒徑為3～40nm，優選為 8～15 nm。

13.一種由權利要求11或12所述稀土元素改性二氧化鈦納米材料制備的光催化材料涂層。

14.一種權利要求11或12所述的稀土元素改性二氧化鈦納米材料在光催化降解揮發性有機化合物中的應用，其特征在于，所述稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料在320～1100nm波長、50～1000W功率光照射下可實現對揮發性有機化合物VOCs的降解和去除；優選地，所述揮發性有機化合物VOCs為甲醛、乙醛、苯、甲苯、鄰二甲苯、烯烴、炔烴、芳香烴中的至少一種，濃度為1～1000ppm。

15.一種權利要求11或12所述的稀土元素改性二氧化鈦納米材料和權利要求13所述的稀土元素改性二氧化鈦納米材料制備的光催化材料涂層失活之后再生的方法，其特征在于，將失活之后的稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料或稀土元素改性二氧化鈦納米材料制備的光催化材料涂層置于空氣氣氛中，在50～1000W的紫外光下照射0.5～5小時，使得失活之后的稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料能恢復其光催化能力。