[發明專利]一種黑色二氧化鈦光催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910822203.1
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110420630A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 鄒國燕;周麗;辛立勛;崔娜欣;張旭;蔡敏;陳桂發
• 申請（專利權）人: 上海市農業科學院
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;C02F1/30;C02F1/50;A01N59/16;A01P13/00;C02F103/00;C02F101/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明涉及水處理技術領域，尤其涉及一種黑色二氧化鈦光催化劑及其制備方法與應用。本發明的制備方法包括以下步驟：將包括鈦源和無水乙醇的第一混合液與包括抑制劑、水和無水乙醇的第二混合液混合，進行水解反應，得到膠狀物；將所述膠狀物在氮氣條件下進行煅燒，得到黑色二氧化鈦光催化劑。本發明將第一混合液與第二混合液混合，鈦源遇水發生水解，得到膠狀物；之后將膠狀物在氮氣條件下進行煅燒，煅燒過程在二氧化鈦表面會形成氧空位，同時生成Ti³⁺，使二氧化鈦的帶隙變窄，從而可以吸收利用可見光，有效去除水體中的有害藻。

技術領域

本發明涉及水處理技術領域，尤其涉及一種黑色二氧化鈦光催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

目前，湖泊水體富營養化現象日益嚴重，而藍藻水華爆發是水體富營養化的重要表征，也是我國乃至全世界最為嚴重的水環境問題之一。我國66％的淡水湖泊和水庫常年遭受藍藻水華的侵害。水華的產生可以造成魚類及水生動物等窒息死亡、有毒氣體的產生和水體生態系統功能的喪失等，直接危害人類健康。有害藻類的防控技術主要包括物理法、化學法和生物法，但這些傳統的除藻技術都存在不足之處，致使水華藻類的防控過程尤為艱難，任重道遠。

納米材料光催化技術為水環境污染的治理提供了新的思路，大量研究表明，利用納米材料光催化過程可以成功抑制水華藍藻的生長，甚至逐步降解藻細胞及有害代謝產物，其中TiO₂因具有成本低廉、無毒害、效率高等獨特的性能得到了廣泛研究。但TiO₂的帶隙較寬，光吸收范圍局限在波長小于387nm的紫外光區，從而限制了TiO₂的光能利用率，尤其是不能充分利用自然界中豐富的可見光。目前，TiO₂的改性研究重點在于拓寬其可見光譜響應范圍以增加光能利用率，但從目前的研究成果看，可見太陽光能的利用率并不高，亟需創新的改性制備方法提高可見光的利用率，以加快光催化技術在控藻抑藻方面的推廣應用。

黑色二氧化鈦的出現克服了上述問題，具有優異的可見光吸收性能和表面反應活性，因此具有更強的光催化特性。黑色二氧化鈦的代表性制備方法有氫氣還原法、鋁熱還原法、溶液蒸發法，但是上述方法存在安全隱患和對設備要求高等弊端。如何利用溫和簡單的方法制備能帶窄、缺陷多的黑色二氧化鈦是促進光催化技術在除藻領域應用的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種黑色二氧化鈦光催化劑及其制備方法與應用，本發明制備的黑色二氧化鈦光催化劑帶隙較窄，可以充分吸收可見光，能有效去除水體中的有害藻，且制備方法簡單、溫和。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種黑色二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將包括鈦源和無水乙醇的第一混合液與包括抑制劑、水和無水乙醇的第二混合液混合，進行水解反應，得到膠狀物；

將所述膠狀物在氮氣條件下進行煅燒，得到黑色二氧化鈦光催化劑。

優選的，所述鈦源包括鈦酸四丁酯或四氯化鈦；所述抑制劑包括濃鹽酸或濃硝酸。

優選的，所述水解反應的混合體系中，鈦源、抑制劑、水和無水乙醇的摩爾比為(3.0～4.0)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。

優選的，所述第一混合液中還包括尿素；當第一混合液中還包括尿素時，所述水解反應的混合體系中，鈦源、尿素、抑制劑、水和無水乙醇的摩爾比為(3.0～4.0)：(0.28～1.11)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。

優選的，所述水解反應過程中采用玻璃棒進行攪拌，水解反應的時間為1～3min。

優選的，所述煅燒的溫度為400～600℃，保溫時間為2～4h。