在H*-O*气氛下的高效光催化反应方法技术

本发明专利技术公开了一种在Ｈ↓［２］－Ｏ↓［２］气氛下的高效光催化反应新方法及其光催化剂的制法，它能够显著提高光催化过程的量子效率，即通有Ｈ↓［２］－Ｏ↓［２］混合气的催化反应器置于紫外线光或可见光（太阳光或人造光源）的辐照，构成一个Ｈ↓［２］－Ｏ↓［２］气氛下的复合型光催化反应装置，可达到高效分解废水和废气中有机污染物，特别对于难降解的苯类有机污染物有很好的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境污染治理的
，具体的说是在H2-O2气氛下一种提高光催化转化效率、矿化率和光催化剂活性稳定性的技术在降解有机污染物上的应用。
技术介绍
光催化氧化-还原技术在环境保护、洁净能源和新材料等方面有广泛的应用背景。然而，以二氧化钛半导体为代表的光催化剂存在着量子效率低(～4％)和太阳能利用率低等几个关键的科学及技术难题，使其广泛的工业应用受到极大制约。为改善光催化剂和光催化过程的效率，国内外对TiO2光催化剂提高量子效率、利用可见光的改性研究大多集中在过渡金属离子掺杂、贵金属表面沉积、染料敏化、复合半导体等方面；对光催化过程进行了附加各种外场，如低频电场、微波场、等离子体等以增强光催化剂的光吸收率、光生载流子分离效率的探索性研究；也有一些利用可见光的非TiO2系列光催化剂的研究工作；对于特定的反应其光催化量子效率或可见光的利用率也有所改善，但结果仍然不尽人意。
技术实现思路
本专利技术针对现有光催化技术效率低的问题，提供一种能大辐度地提高光催化剂对环境污染物的光催化降解效率和矿化率的在H2-O2气氛下的高效光催化反应新方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种在H2-O2气氛下能在光催化反应新方法中使用的光催化剂的制法。本专利技术的技术方案如下 一、在H2-O2气氛下的光催化反应新方法它是将反应体系置于紫外线光或可见光的辐照下，构成光催化反应体系，其特征在于在传统的含氧光催化反应体系中引入还原性气体-氢气。反应体系包括光催化剂、以及与光催化剂直接接触的污染物；该污染物可以是被污染的水或空气。光催化剂可以独立地放置于反应容器内使用，也可以依附在载体上使用。二、在H2-O2气氛下的光催化剂的制法将有机钛化合物加入去离子水中，采用酸调节溶液的PH值至2-4，室温下搅拌混合得澄清的二氧化钛溶胶，将此溶胶进一步渗析至溶胶的PH值为3-6，将溶胶进行干燥，形成无定型氧化钛干凝胶。将干凝胶，经焙烧，获得二氧化钛光催化剂；将二氧化钛光催化剂经高温焙烧，然后浸渍在氯铂酸溶液中，并在200℃以下加热烘烤后，再经200℃以上热处理，冷却后，在室温下用过量的硼氢化钠溶液还原，使负载的铂呈低价态。光催化剂经去离子水洗涤，烘干，获得铂化二氧化钛光催化剂。在H2-O2气氛中，使太阳光或人造光源的紫外线光或可见光作用于光催化体系，可达到高效分解废水和废气中有机污染物，对于难降解的苯类有机污染物有很好的效果。在H2-O2气氛中导致光催化过程效率提高的机理尚未完全清楚，初步研究认为这可能与光催化剂的结构和组成、氢气和氧气在光催化剂表面的解离吸附有关。在光催化过程中，光催化剂表面在给定温度下能高效地解离吸附氢气和氧气分子，进而形成氧化性能极强的羟基自由基、氧自由基和超氧自由基等，加速了污染物的分解，并使光催化剂在光催化过程不易积聚中间产物而具有较高的矿化率。附图说明图1表示氢氧反应气氛的共存下，复合型光催化反应装置结构示意图。其中，(a)为用于空气中污染物消除的H2-O2气氛下的复合型光催化反应装置结构示意图，(b)为用于溶液中污染物消除的H2-O2气氛下的复合光催化反应装置结构示意图。标号说明1光催化剂、2紫外光或可见光、3比例调节器、4含污染物的空气或氧气、5氢气、6电源、7灯管、8空气或氧气、9含有污染物的液体+固体光催化剂颗粒。图2表示H2-O2反应气氛的共存下，二氧化钛或铂化二氧化钛光催化剂在紫外光下光催化降解苯的转化率。图3表示铂化二氧化钛光催化剂在氢气、氧气气氛中以及H2-O2反应气氛的共存下光催化降解苯的转化率的差异。图4表示不同氢氧气体含量对铂化二氧化钛光催化降解苯的影响。图5表示H2-O2反应气氛的共存下，不同铂含量对铂化二氧化钛光催化降解苯的影响。图6表示H2-O2反应气氛的共存下不同激发光源对铂化二氧化钛光催化降解苯的影响。图7表示H2-O2反应气氛的共存下，反应温度对铂化二氧化钛光催化剂光催化降解苯的影响。具体实施例方式如图1所示，将带有光催化剂及需处理的污染物的反应体系置于紫外线光或可见光的辐照下，构成光催化反应体系，其特征在于在传统的含氧光催化反应体系中引入还原性气体-氢气。由此构成本专利技术的在H2-O2气氛下的高效光催化反应的新方法。所述的紫外光或可见光为太阳光或波长在200～800nm之间的人造光源，人造光源包括各种形式的热辐射光源、气体放电光源和激光源。所述的人造光源的波长为200～800nm。可以将光源内置于光催化反应体系的容器内，也可以将光源外置于光催化反应体系的容器外，照射光催化反应体系内的需要降解的污染物。所述的H2-O2气氛为可按比例调节的、可独立向光催化反应体系供氢气或供氧气或供空气或者三种气体的两种或两种以上的混合气的一个或一个以上的供气单元。实施例1可用于H2-O2气氛下的高效光催化剂——铂化二氧化钛光催化剂的制备将钛酸异丙醇分析纯溶液缓慢滴入去离子水中，钛酸异丙醇与去离子水的摩尔比为1％-90％，优选的为1％-30％。采用硝酸分析纯调节溶液的PH值至2-4，室温下搅拌1-3天，得澄清的二氧化钛溶胶，将此溶胶进一步渗析至溶胶的PH值为3-6。40℃-70℃下干燥溶胶，在干燥过程中溶胶进行脱水聚合，形成无定型氧化钛干凝胶。干凝胶经200℃-550℃焙烧2-8小时，使无定型氧化钛30-95％转变成锐钛矿型二氧化钛，将热处理过的样品过筛30-100目，获得二氧化钛光催化剂，该光催化剂的比表面积为30m2/g-180m2/g，锐钛矿型的晶粒大小为4-80nm。干凝胶经200-550℃焙烧2-6小时，过筛30-90目，按每克光催化剂负载0.001-0.1克Pt的比例浸渍氯铂酸，90-200℃烘1-8小时，再经200-550℃热处理2-6小时，室温下用过量的硼氢化钠溶液还原，光催化剂经去离子水洗涤，于80-150℃烘干，获得铂化二氧化钛光催化剂，与二氧化钛光催化剂相比，经铂化修饰的光催化剂的晶型、比表面积和晶粒尺寸等物性无明显变化。如图1a所示，将本专利技术应用于气体污染物的治理时，可以将光催化剂装入对波长为200～800nm的光波透明或部分透明的反应容器内，该容器带有入口和出口，光源可以内置和外置的两种形式照射污染物；将本专利技术应用于对溶液污染物的治理时，如图1b所示，把光催化剂分散或悬浮于该污染物溶液中，将带有光催化剂的污染物溶液，装入对波长为200～800nm的光波透明或部分透明或不透明的反应容器内，该容器设有一个开口，光源可以内置或外置的形式照射污染物溶液。本专利技术的光催化剂可以是二氧化钛及其被Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Ru、Rh等过渡金属掺杂修饰的二氧化钛材料，也可以是InVO4、In(OH)3等材料与二氧化钛及其被Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Ru、Rh等过渡金属掺杂修饰的二氧化钛材料的复合材料。本专利技术的光催化剂的可以是体材料、纳米材料、薄膜材料，也可以是负载在其他金属或非金属基材上形成的复合材料。实施例2铂化二氧化钛光催化剂对光催化降解苯的影响如图2所示，将50mg的铂化二氧化钛光催化剂和二氧化钛光催化剂分别装入微型的、可常压连续反应的两根石英管中，两根石英管均放置于4盏紫外灯的照射下，紫外灯的发射波长254nm，光强0.5-5mW·cm-2，优选的为1-3mW·cm-2，向两本文档来自技高网...

【技术保护点】
在Ｈ↓［２］－Ｏ↓［２］气氛下的光催化反应新方法，它是将反应体系置于紫外线光或可见光的辐照下，构成光催化反应体系，其特征在于：在传统的含氧光催化反应体系中引入还原性气体－氢气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付贤智，李旦振，王绪绪，刘平，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]