一种简易合成超细TiO2@C7H8O@C光催化剂的方法及降解甲醛应用技术领域

一种简易合成超细tio2@c7h8o@c光催化剂的方法及降解甲醛应用技术领域
1.本发明涉及简单、低成本制备超细tio2@c7h8o@c光催化剂的方法及用于净化空气中甲醛。


背景技术：

2.光催化技术，是以太阳光为能源驱动的一种可持续绿色技术，是有效解决当前能源危机和环境污染最具前景的方法之一。自1972年fujishima发现tio2光催化现象以来，以半导体光催化剂为代表的光催化氧化技术已成为一种具有实用价值的环境修复处理技术。tio2作为一种广泛使用的光催化材料，因其稳定性高、光催化性能优异、环境友好等特点而备受关注。为了充分利用太阳能，特别是可见光，已经开发了各种方法改性tio2以克服其带隙宽和电子-空穴快速复合的问题，包括掺杂杂原子、与助催化剂组装和缺陷工程。因此，开发了一系列具有可见光响应性的高活性tio2光催化剂。通过掺杂其他材料来提高tio2的光催化性能是较为有效的方法，因为各种掺杂剂可以抑制光生电子-空穴对的复合速率，增强光吸收，甚至可以有效吸附目标污染物。此类掺杂剂通常包括贵金属或非贵金属、金属氧化物、碳质材料和共催化剂等。碳材料具有优异的性能，如高比表面积、强的吸附性能等。通过碳掺杂tio2可有效吸附目标物，减小tio2与目标物的传质阻力；而且由于较低的电荷转移电阻可减少c掺杂tio2的电子-空穴对复合，提高tio2的光催化速率。但是，碳掺杂tio2光催化材料的合成方法大多在实验室进行，往往需要高成本、高温高压或保护气体，增加了制备成本，不利于大规模工业化生产tio2。本发明设计了一种简单、低成本制备高效的碳掺杂tio2(tio2@c7h8o@c)光催化剂的方法，不仅可充分利用可见光，同时在tio2表面引入缺陷位点以充分吸收污染物，而且夹层c7h8o提升了分散性。此外，合成的催化剂可应用于净化空气中的甲醛。


技术实现要素：

3.一种简单、低成本制备的高效tio2@c7h8o@c光催化剂，通过在较低温度下煅烧，吸附在tio2表面的有机溶剂苯乙醇原位分解为碳，均匀的掺杂在tio2的表面。碳在tio2表面的掺杂不仅可以有效的吸附目标污染物，而且可以调控tio2的带隙，使tio2可以充分吸收可见光，而且夹层c7h8o提升了分散性。获得光催化活性较高的tio2@c光催化剂。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
5.所述的一种对可见光响应的高效光催化剂tio2@c7h8o@c的制备方法，并用于光催化降解空气中的甲醛(hcho)，具体是按照以下步骤进行的：
6.步骤1、将四氯化钛(ticl4)溶液缓慢地滴加到苯乙醇(c7h8o)中，缓慢滴加控制反应速度。
7.步骤2、上述溶液在50℃下搅拌反应5天；
8.进一步地，反应后的悬浊液，用乙醇洗涤数次，离心得到浅黄色的固体tio2@c7h8o；
9.进一步地，tio2@c7h8o在烘箱中60℃干燥24小时，得到浅黄色粉末；
10.tio2@c7h8o@c光催化降解hcho：将在密闭装置中，将tio2@c7h8o@c催化剂悬浮液喷洒在一块棉布上，然后将hcho溶液喷洒在该布的表面。通过密封装置内的风扇，使hcho挥发并均匀扩散在此装置中。然后用四个5w led辐照该布，通过甲醛传感器实时监测并记录此密闭装置中hcho的量。
11.本发明的有益效果是：本发明中，通过在较低的温度、正常大气压下、无保护气体的条件下，简单、低成本、低能耗的制备了tio2@c7h8o@c光催化剂；tio2@c7h8o@c光催化剂表面的碳薄层，可以有效地吸附环境中的目标污染物，减小tio2和目标污染物之间的传质阻力；tio2@c7h8o@c光催化剂表面的碳薄层，在tio2表面引入了缺陷位点，减小了tio2的能带，使其能充分吸收可见光；同时，夹层c7h8o提升了分散性，显著改善tio2的光催化性能。
附图说明
12.图1为实施例一制备的苯乙醇负载二氧化钛(tio2@c7h8o)的透射电镜图；
13.图2为实施例一制备的碳掺杂的tio2(tio2@c7h8o@c)的透射电镜图；
14.图3为实施例一制备的tio2@c7h8o、tio2@c7h8o@c(不同温度下煅烧)的xrd图谱；
15.图4为实施例一制备的tio2@c7h8o、tio2@c7h8o@c(不同温度下煅烧)的拉曼图谱；
16.图5为实施例一tio2@c7h8o@c降解hcho的装置图；
17.图6为实施例一制备的tio2@c7h8o、tio2@c7h8o@c(不同温度下煅烧)光催化降解甲醛的动力学曲线图；
18.图7为实施例一制备的tio2@c7h8o、tio2@c7h8o@c(不同温度下煅烧)紫外吸收光谱图；
19.图8为实施例一制备的tio2@c7h8o、tio2@c7h8o@c(不同温度下煅烧)kubelka-munk equation的tauc图。
具体实施方式
20.本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
21.具体实施方式一：本实施方式一种简单、低成本的制备超精细光催化剂tio2@c7h8o@c，碳原位掺杂在tio2的表面，形成超薄的活性位点层，充分吸收可见光及目标污染物，夹层c7h8o提升了分散性。对甲醛具有优异的光催化降解效果。
22.具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种简单、低成本的制备超精细光催化剂tio2@c7h8o@c的制备方法及光催化降解hcho的实验，具体是按照以下步骤进行的：
23.一、将四氯化钛(ticl4)溶液缓慢地滴加到苯乙醇(c7h8o)中，缓慢滴加控制反应速度。
24.二、上述溶液在50℃下搅拌反应5天；
25.三、反应后的悬浊液，用乙醇洗涤数次，离心得到浅黄色的固体tio2@c7h8o；
26.四、tio2@c7h8o在烘箱中60℃干燥24小时，得到浅黄色粉末；
27.五、一定量的tio2@c7h8o放置在陶瓷舟中，在cvd炉中加热制备tio2@c7h8o@c，制备工艺：温度为100℃，高温处理气氛为空气，操作气压为常压，反应时间为2h,得到对可见光响应的高效光催化剂tio2@c7h8o@c。
28.六、tio2@c7h8o@c光催化降解hcho：将在密闭装置中如图5所示，将tio2@c7h8o@c催化剂悬浮液喷洒在一块棉布上，然后将hcho溶液喷洒在该布的表面。通过密封装置内的风扇，使hcho挥发并均匀扩散在此装置中。然后用四个5w led辐照该布，通过甲醛传感器实时监测并记录此密闭装置中hcho的量。
29.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤五中煅烧温度为150℃。其它与具体实施方式二相同。
30.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤五中煅烧温度为175℃。其它与具体实施方式二或三相同。
31.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四不同的是：步骤五中煅烧温度为200℃。其它与具体实施方式二至四相同。
32.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五不同的是：步骤五中煅烧温度为225℃。其它与具体实施方式二至五相同。
33.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六不同的是：步骤五中煅烧温度为250℃。其它与具体实施方式二至六相同。
34.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七不同的是：步骤五中煅烧温度为300℃。其它与具体实施方式二至七相同。
35.为了证明本发明的有益效果，发明人按照实施方式三、四和五的方法，分别合成tio2@c7h8o@c-150，tio2@c7h8o@c-175，tio2@c7h8o@c-200光催化剂(实验组)，与实施方式二中步骤三得到的tio2@c7h8o(对比组)光催化降解甲醛。其吸附及降解活性进行比较，如图。结果如图6所示，可以发现在暗实验和空白实验中，8h内hcho浓度仅略有下降，这可能是由于hcho沿线孔逸出所致。对于tio2@c7h8o，8h的hcho降解率仅为50.3％。与tio2@c7h8o相比，tio2@c7h8o@c-175和tio2@c7h8o@c-200对hcho的降解率显著提高，8h分别可以达到98.0％和95.9％。同时，tio2@c7h8o@c-175对hcho的降解率(2小时27.3％)高于tio2@c7h8o@c-200(2小时11.1％)。说明本发明合成的超精细tio2@c7h8o@c能够高效催化降解空气中的hcho。