[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

本發明涉及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，該制備方法包括：（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。

技術領域

本發明涉及一種稀土元素改性二氧化鈦納米光催化材料及其制備方法和其在降解空氣中揮發性有機氣體污染物的應用，屬于氣相環境光催化技術領域。

背景技術

近年來空氣污染問題日趨嚴重，威脅著人類健康和環境安全。其中，氮氧化物、硫氧化物、揮發性有機污染氣體(VOC_S)為主要污染物。根據世界衛生組織等機構的定義，VOCs是指沸點在50℃-250℃，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機物，揮發性有機物(VOCs)對人體危害極大，一定濃度的VOCs短時間即可傷害人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統。部分VOCs如苯、甲苯及甲醛已被列為致癌物質。另外，VOCs在氧化性的大氣環境中成為形成PM_2.5的前體物。因此，如何實現大氣環境中低濃度VOCs的降解對保障環境安全、人類健康以及抑制霧霾頻發具有重要研究價值(參照文獻1，文獻2)。

在已有VOCs降解技術中，熱催化技術需要高溫條件、臭氧氧化技術有毒且不穩定、吸附技術不能有效降解VOCs等不足之處限制了它們在VOCs中的應用，而光催化技術具有反應條件溫和，能直接利用太陽能，深度礦化污染物以及基本無二次污染等優點成為最有應用前景的綠色環保空氣凈化技術之一。二氧化鈦因具有物理化學性質穩定，低成本、安全以及無毒等優勢，成為目前應用最為廣泛的商用光催化劑，并已成功應用于水體污染物和固定相氣體污染物的降解(參照文獻3，4)。與水體污染物和固定相降解相比，實際室內外環境中揮發性氣態污染物具有流動快、濃度低、與催化劑接觸時間段、面積小等特點，因此，如何利用二氧化鈦光催化性能，高效降解VOCs污染氣體，具有重要的應用價值。

稀土元素是一種具有特殊4f電子結構的過渡態元素用于改性二氧化鈦，則可與二氧化鈦之間進行電子轉移，促進電子空穴對的分離，從而提高材料的光催化性能，另一方面，稀土元素具有上轉換發光特性，即在近紅外或可見光激發下發射出更高能量的光，故將稀土對TiO₂進行改性，可以拓寬TiO₂吸光區，提高光能利用率，進一步提升光催化活性(參照文獻5,6)。因此，如何利用稀土元素改性二氧化鈦光催化材料，提升其對目標污染物的吸附能力，實現在可見光下有效的降解氣相目標污染物，在利用光催化技術凈化空氣方面具有重要的應用價值。

參考文獻：

文獻1：Fernandez L C,Alvarez R F,Gonzalez-Barcala F J,et al.Indoor aircontaminants and their impact on respiratory pathologies.Arch Bronconeumol2013,49,22–27.；

文獻2：陸思華,白郁華,張廣山,李湉湉.大氣中揮發性有機化合物(VOCs)的人為來源研究.環境科學學報,2006,05,757-763.；

文獻3：Subramanian V,Wolf,E Kamat,P V.Semiconductor-Metal compositenanostructures to what extent do metal nanoparticles improve thephotocatalytic activity of TiO₂films？The Journal of Physical Chemistry B2001,105,11439-11446.；