准二维非晶TiO2-Au光催化剂及其在降解有机污染物中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种准二维非晶TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
准二维非晶TiO2‑
Au光催化剂及其在降解有机污染物中的应用


[0001]本专利技术涉及一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂及其在降解有机污染物中的应用，属于催化材料


技术介绍

[0002]近年来，大量染料、抗生素、农药等水体有机污染物以及醛类、烃类、醇类、苯系物等挥发性有机污染物被排放到自然界中，造成严重的环境污染，威胁人类的健康，因此对于这些有机污染物的治理十分必要。吸附法是应用最为广泛的有机污染物治理方法，该方法成熟度高且操作过程简单，但是其存在吸附饱和后需脱附、氧化等复杂工艺流程的问题。而光催化氧化技术作为一种利用太阳能将污染物降解为CO2和H2O的治理方法，具有成本低、无毒无害、反应条件温和、高效节能等优点，受到了广泛的关注。将吸附法与光催化氧化技术一体化，能够有效解决吸附法中吸附饱和的问题，实现吸附剂的可循环使用，同时污染物在催化剂表面的大量吸附聚集，进一步提高了光催化降解效率。常见的半导体光催化剂如TiO2、ZnO等带隙较宽，在紫外光下才有光催化活性，对太阳光利用率低，而且光生电子和空穴易复合导致光催化效果不够理想。因此亟需开发一种可见光响应且高效稳定的光催化剂。
[0003]另外，目前常见的光催化剂都是晶体材料，它们通常需要高温或者高压的制备过程以使其结晶，且结晶过程常导致材料内部重新排列，比表面积减小，吸附能力较弱。非晶材料可以在常温常压下制备得到，且大多具有比表面积大、吸附能力强的优势，但是由于其内部存在大量的缺陷，导致载流子复合效率高，光催化性能很弱，限制了它们的应用。因此，对于非晶催化剂的性能优化至关重要。然而，非晶材料的原子各向同性性质使其制备生长过程无规则且不可控，制得的形貌通常是不规则聚集的大颗粒或薄膜，难以实现形貌以及性能的调控。
[0004]基于以上两点，本专利技术提出了一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂的制备方法及其应用，所制得的复合光催化剂为超薄的折皱纸状形貌，使其具有大的比表面积、高的表面反应活性和高效的电荷传输性能，对有机污染物表现出优异的吸附和降解性能，实现对污染物的高效治理。

技术实现思路

[0005]技术问题：为了解决非晶光催化剂形貌性能无规则不可控、载流子复合效率低以及对太阳光利用率低的问题，本专利技术提供了一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂及其在降解VOCs中的应用。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂，其制备方法包括以下步骤：
[0007](1)向异丙醇和去离子水的混合溶液中加入碱性溶液调节pH，得到溶液I；
[0008](2)接着向溶液I中逐滴加入二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯溶液，搅拌均匀后离
心；
[0009](3)将步骤(2)离心后的沉淀用异丙醇清洗，得到准二维非晶TiO2；
[0010](4)在步骤(3)所得到的准二维非晶TiO2表面负载Au纳米颗粒，制得所述的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂。
[0011]其中：
[0012]所述的异丙醇、去离子水和二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的体积比为60:20:1～20:10:1。
[0013]所述的碱性溶液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液，其加入后使溶液I的pH为8～11。
[0014]所述的二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯溶液的滴加速度为10～500uL/min。
[0015]所述的在准二维非晶TiO2表面负载Au纳米颗粒的方法为向准二维非晶TiO2中加入氯金酸溶液，在紫外光照下原位生长Au纳米颗粒。或者将Au纳米颗粒溶液与准二维非晶TiO2溶液混合搅拌，使二者复合。其中，所述的Au纳米颗粒的粒径为5～50nm。
[0016]本专利技术还提供了一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂在降解有机污染物中的应用。
[0017]其中：
[0018]所述的有机污染物包括水体中的有机污染物和空气中的挥发性有机污染物。
[0019]所述的降解水体中有机污染物的具体方法如下：将准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂加入到含有有机污染物的水溶液中，在黑暗中搅拌吸附60min后，用可见光源照射进行反应。
[0020]所述的降解气体中挥发性有机污染物的具体方法如下：将准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂放入到含有挥发性有机污染物的密封容器中，在黑暗中放置吸附60min后，用可见光源照射进行反应。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0022]1.本专利技术提出的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂中，由于准二维TiO2为非晶材料，避免了常见的晶体光催化剂材料制备中所需要的高温高压结晶步骤，因此该催化剂的制备过程整体简单节能且成本低。
[0023]2.本专利技术提出的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂中，非晶TiO2的形貌为超薄的折皱纸状，这样的特殊形貌缩短了载流子的传输距离，提高了载流子在光催化中的利用率。
[0024]3.本专利技术所制备得到的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂中Au纳米颗粒的复合有效提高了可见光下的光催化效率，一方面Au纳米颗粒通过表面等离子体共振效应，吸收可见光，产生热电子，增加了对可见光的利用；另一方面Au纳米颗粒与TiO2之间构建的肖特基势垒提高了光生电子与空穴的分离效率，从而提高了光催化效率。
[0025]4.本专利技术所制备得到的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂中的准二维非晶TiO2具有大比表面积，为Au纳米颗粒提供了大量的负载位点，同时也为污染物分子提供了充足的吸附位点。
[0026]5.本专利技术所制备得到的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂中的准二维非晶TiO2具有超薄的准二维结构，使其具有大量可以作为活性位点的表面缺陷，而作为载流子复合中心的体缺陷较少，从而提高了光催化剂的表面反应活性以及载流子传输和分离效率，有利
于吸附于表面的有机污染物的降解。
附图说明
[0027]图1为实施例1制备的准二维非晶TiO2的透射电镜图片；
[0028]图2为实施例1制备的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂的透射电镜图片；
[0029]图3为实施例1制备的准二维非晶TiO2的X射线光电子能谱(XPS)中高分辨Ti 2p谱；
[0030]图4为实施例1制备的准二维非晶TiO2的X射线光电子能谱(XPS)中高分辨O 1s谱。
[0031]图5为实施例1制备的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂对水体中有机污染物俾斯麦棕的吸附和光催化降解图。
[0032]图6为实施例1制备的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂对空气中挥发性有机污染物甲醛的吸附和光催化降解图。
具体实施方式
[0033]以下结合附图和实施例，对本专利技术进行详细描述。但是应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：(1)向异丙醇和去离子水的混合溶液中加入碱性溶液调节pH，得到溶液I；(2)接着向溶液I中逐滴加入二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯溶液，搅拌均匀后离心；(3)将步骤(2)离心后的沉淀用异丙醇清洗，得到准二维非晶TiO2；(4)在步骤(3)所得到的准二维非晶TiO2表面负载Au纳米颗粒，制得所述的准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂。2.如权利要求1所述的一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂，其特征在于：所述的制备方法中，异丙醇、去离子水和二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的体积比为60:20:1～20:10:1。3.如权利要求1所述的一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂，其特征在于：所述的制备方法中，碱性溶液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液，其加入后使溶液I的pH为8～11。4.如权利要求1所述的一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂，其特征在于：所述的制备方法中，二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯溶液的滴加速度为10～500uL/min。5.如权利要求1所述的一种准二维非晶TiO2‑
Au复合光催化剂，其特征在于：所述的制备方法中，在准二维非晶TiO2表面负载Au纳米颗粒的方法为向准二维非晶TiO2中加入氯金酸溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利，苏靖婷，肖军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：