[發(fā)明專利]一種活性炭負(fù)載Ti3+

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110480179.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113304742B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏洪應(yīng);徐英杰;張利波;辛椿福;蔣桂玉;蔡無(wú)塵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J21/18
• 分類號(hào): B01J21/18;C02F1/30
• 代理公司: 昆明正原專利商標(biāo)代理有限公司 53100
• 代理人: 陳左;程相桂

本發(fā)明涉及一種活性炭負(fù)載Tisupgt;3+/supgt;自摻雜TiOsubgt;2/subgt;光催化材料制備方法，屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明以無(wú)水乙醇、鈦酸四丁酯、硝酸為反應(yīng)原料，并在反應(yīng)過(guò)程中加入納米活性炭作為活性載體，不僅生成了自摻雜Tisupgt;3+/supgt;的TiOsubgt;2/subgt;催化劑，且通過(guò)制備方法的改進(jìn)，使生成的自摻雜Tisupgt;3+/supgt;更多，活性更好，且活性成分與活性炭中間產(chǎn)生很好的耦合作用，所制備出的催化劑在紫外光條件下對(duì)羅丹明B染料具有良好的吸附和光催化分解作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種活性炭負(fù)載Ti³⁺自摻雜TiO₂光催化材料制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)廢水造成的污染問(wèn)題日益突出，引起了人們廣泛的關(guān)注，因此環(huán)境保護(hù)與治理成為了亟待解決的問(wèn)題。諸多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，光催化氧化是一種高效率，無(wú)污染的環(huán)境治理技術(shù)，通過(guò)光催化可以降解污水中污染物，對(duì)環(huán)境的治理與資源再生有重要的意義。由于TiO₂具有高穩(wěn)定性，低成本，無(wú)毒害等特點(diǎn)而被視為理想的光催化劑，且TiO₂在光的照射下可以產(chǎn)生導(dǎo)致氧化的羥基自由基（·OH），可以有效的將有機(jī)污染物降解為二氧化碳和水，被廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)。

但是，由于TiO₂的帶隙寬度為3.2ev，只能吸收小于387nm的紫外光，且光產(chǎn)生電子-空穴在遷移過(guò)程中極易復(fù)合并以熱量形式散失，使光生電子利用率降低，嚴(yán)重限制了光催化的實(shí)際應(yīng)用。

當(dāng)TiO₂中摻雜Ti³⁺后，由于Ti³⁺帶隙態(tài)和激發(fā)態(tài)自身的寬度，帶隙態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷會(huì)將TiO₂的吸收光譜拓寬。同時(shí)Ti³⁺的摻雜會(huì)產(chǎn)生氧空位且不會(huì)引入雜質(zhì)，Ti³⁺會(huì)加速光電子-空穴的遷移從而提高光催化性能，同時(shí)我們將催化劑負(fù)載活性炭，催化劑與活性炭產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，既能使活性炭的吸附性能提升，又能使催化劑的催化降解能力加強(qiáng)。因此TiO₂摻雜Ti³⁺催化劑越來(lái)越被重視。

目前Ti³⁺自摻雜TiO₂的光催化材料的制備方法主要有水熱合成法和溶膠-凝膠法，水熱合成法是將鈦源前軀體置于高壓反應(yīng)釜中，進(jìn)行重新結(jié)晶，然后再將納二氧化鈦中加入還原劑使其產(chǎn)生三價(jià)鈦?zhàn)該诫s二氧化鈦催化劑。該方法制備工藝復(fù)雜，并且需要將強(qiáng)酸、強(qiáng)堿加到高壓反應(yīng)釜中，容易造成反應(yīng)釜爆炸，危及人身安全，同時(shí)在反應(yīng)時(shí)需要嚴(yán)格控制溶液PH，否則無(wú)法得到需要的晶型。溶膠-凝膠法主要是將鈦醇鹽作為前驅(qū)體，加入水、還原劑進(jìn)行水解形成溶膠，凝膠經(jīng)烘干、焙燒制得三價(jià)鈦?zhàn)該诫s二氧化鈦催化劑，該制備方法由于鈦醇鹽與水接觸的瞬間生成大量膠體，由于膠體的尺寸小于100nm,所以制備的二氧化鈦是納米級(jí)別，并使還原劑將部分二氧化鈦還原為三價(jià)鈦，形成三價(jià)鈦?zhàn)該诫s二氧化鈦的光催化材料，該制備方法為了保證生產(chǎn)的二氧化鈦有光催化作用，必須加入一定量的水，以使反應(yīng)液呈凝膠態(tài)。但同時(shí)，由于鈦醇鹽與水接觸后會(huì)很快形成凝膠，還原劑加入后無(wú)法充分反應(yīng)，只有少部分三價(jià)鈦形成，所形成的二氧化鈦?zhàn)該诫sTi³⁺的光催化材料的催化效果較差，同時(shí)由于凝膠的作用，生成納米二氧化鈦的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的中間產(chǎn)物，并被凝膠包裹，很難去除，這些中間產(chǎn)物將催化劑包裹，影響催化性能。

發(fā)明內(nèi)容