[發(fā)明專利]高摻雜量的金屬、硫共摻雜的二氧化鈦光催化劑的制備方法及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111119723.X
• 申請(qǐng)日: 2021-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113941340A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱振之;朱作霖;劉珂;王文海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州相南環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J27/04
• 分類號(hào): B01J27/04;B01J21/06;A01N59/16;A01P1/00;A01P3/00;A61L2/08;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 寧波鄞州全方專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 33242
• 代理人: 樓瑜舟

高摻雜量的金屬、硫共摻雜的二氧化鈦光催化劑的制備方法，通過(guò)采用有機(jī)醇鈦為鈦源，采用納米金屬粉為金屬源，采用DMSO作為反應(yīng)溶劑，通入H₂S作為輔助劑，經(jīng)攪拌反應(yīng)，完成二氧化鈦光催化劑的初步成型，在含2～3v％H₂S的氬氣中淬火3次以上，制備出高摻雜量的金屬、硫共摻雜二氧化鈦光催化劑，相比于已知光催化效果最好的二氧化鈦光催化劑，金屬、非金屬摻雜量明顯提高；相比于已知光催化效果最好的金屬摻雜量最高的二氧化鈦光催化劑，金屬摻雜量明顯提高；相比于已知光催化效果最好的非金屬摻雜量最高的二氧化鈦光催化劑，非金屬摻雜量明顯提高，具有較好的可見(jiàn)光活化催化能力、殺菌和滅活病毒效果，可以應(yīng)用于殺滅病菌、滅活病毒、降解有機(jī)污染物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料和環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及高摻雜量的金屬、硫共摻雜的二氧化鈦光催化劑的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化鈦是惰性無(wú)毒的物質(zhì)，中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)家和地區(qū)的藥食管理部門都批準(zhǔn)它作為食品添加劑；二氧化鈦制成的光催化劑，可以利用太陽(yáng)光源來(lái)活化空氣中的氧氣和水，產(chǎn)生足夠量的氫氧根自由基，起到消毒殺菌、降解揮發(fā)性有機(jī)物等作用，對(duì)改善人們生活、保護(hù)人體健康意義重大。

由于純的二氧化鈦只能用紫外光子激活，而紫外光只占太陽(yáng)光總能量的不到5％，通過(guò)對(duì)二氧化鈦晶體的摻雜、將二氧化鈦的光激發(fā)波長(zhǎng)推移到可見(jiàn)光區(qū)，以提高二氧化鈦的光催化能力成為了目前非常熱門的研究方向之一。

已經(jīng)被報(bào)道的摻雜方法，有金屬摻雜、非金屬摻雜、金屬與非金屬共摻雜(包括半導(dǎo)體摻雜)等；然而，除了本身就具備殺菌作用的金、銀納米顆粒外，其它金屬的最佳有效摻雜量都無(wú)法超過(guò)2％，包括三價(jià)鈦、銅、釩、鉻、錳、鐵、鎳、鈰、鑭、鉺、鐿、硫化鎘、硫化鉬、硫化鎳、氧化亞銅、氧化鐵、氧化鎢、鈣鈦礦、氮-鐵、氮-鈷等；摻雜摻入的金屬中心，其正面作用是降低二氧化鈦的能帶和減少電子-空穴的再聚合，增加二氧化鈦被可見(jiàn)光激活的比率；但是，二氧化鈦中的其它金屬中心又是光催化產(chǎn)生的電荷載體的湮滅中心，因此，在已經(jīng)被報(bào)道的合成技術(shù)路線中，金屬中心的含量達(dá)到一定濃度時(shí)，二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┑恼w催化能力反而降低；迄今為止，本領(lǐng)域的研究人員認(rèn)為，以摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)，最佳光催化效果的金屬摻雜量是3％，例如，銅摻雜二氧化鈦，3％濃度時(shí)殺菌效果最強(qiáng)，但是，3.3％銅摻雜量的光催化劑的活力半衰期是3％銅摻雜量的11倍。

而非金屬摻雜，如石墨烯、碳納米管、氮、硼、磷、氟、硫、等，它們被摻雜進(jìn)入二氧化鈦中的正面作用也是降低二氧化鈦的能帶和減少電子-空穴的再聚合，而非金屬摻雜中心的反面作用，一是因?yàn)楫a(chǎn)生新導(dǎo)體帶和/或新價(jià)鍵能級(jí)，摻雜后的二氧化鈦光催化劑的氧化還原電位降低，這不僅導(dǎo)致其催化活性降低、同時(shí)導(dǎo)致二氧化鈦的晶型從銳鈦礦轉(zhuǎn)化為金紅石，而金紅石晶型的二氧化鈦的光催化能力很小；故而，迄今為止，最佳的非金屬摻雜量只達(dá)到2.5％。

不包括金和銀這兩種金屬，3％的金屬摻雜量和2.5％的非金屬摻雜量，是本領(lǐng)域迄今為止能夠得到的最高摻雜量；如果是金屬-非金屬共摻雜，相應(yīng)的摻雜量還低；例如鐵-氮共摻雜，以摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)，最佳的摻雜量是2.5％的氮和1.5％的鐵；對(duì)比其它非金屬，硫摻雜的二氧化鈦光催化劑被發(fā)現(xiàn)擁有最好的熱穩(wěn)定性、和非常大的可見(jiàn)光活化催化能力(參閱文獻(xiàn)J.Phys.Chem.C.2008年，112期，7644-7652頁(yè))，已知催化效果最好的鐵-硫共摻雜二氧化鈦光催化劑，摻雜量是1.5％的鐵和0.7％硫(參閱文獻(xiàn)Applied Catalysis B:Environmental,2012年，117-118期，310-316頁(yè))；這些已知合成方法得到的最佳摻雜量，對(duì)于二氧化鈦可見(jiàn)光催化劑的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，還是太低；需要發(fā)明出能夠制備更高摻雜量的二氧化鈦光催化劑的制備新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高摻雜量的金屬、硫共摻雜的二氧化鈦光催化劑的制備方法及應(yīng)用，以解決二氧化鈦光催化劑的金屬、非金屬摻雜量低，可見(jiàn)光活化催化能力、殺菌和滅活病毒效果較差等問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案：