一种AIN掺杂改性可见光活性光触媒的制备方法与流程

本发明涉及空气净化技术领域，尤其是涉及一种AlN掺杂改性可见光活性光触媒的制备方法。

背景技术：

光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，它涂布于基材表面，在紫外光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污、净化空气等功能。由光触媒作用机理可知，只有在波长低于387.5nm的紫外光照射下，光触媒才能被激发产生光生电子-空穴对，降解室内、车内空气中有机污染物，达到净化空气的效果，然而处于这段波长的紫外光仅仅占太阳光的3-5％，对太阳光的利用率很低，因此大大缩小了光触媒的使用范围。为了更好地利用太阳光激发光触媒降解有机污染物，扩大光触媒的光响应吸收波长范围，有必要对光触媒进行改性，而现有的光触媒掺杂改性方法中，主要有金属离子掺杂、非金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化等，基本是采用单一掺杂方式进行改性，光触媒改性效果不显著，而且有些方法还存在性能不稳定和改性费用昂贵等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现可见光波段响应，分散好，光催化效率更高，改性效果更加优异的AlN掺杂改性可见光活性光触媒的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种AlN掺杂改性可见光活性光触媒的制备方法，具体步骤如下：

(1)光触媒的制备

取一定固含量的纳米TiO₂胶体溶液，用水按一定比例稀释成纳米TiO₂稀溶液，得到 光触媒溶液；

(2)AlN掺杂改性光触媒

在步骤(1)得到的光触媒溶液中按一定比例加入AlN，搅拌一段时间，即得AlN掺杂改性光触媒。

步骤(1)中所述的纳米TiO₂胶体溶液的固含量为10-30wt％，一次粒径为5nm，表面电位为35.2-39.7mV。

步骤(1)中所述的水为去离子水或纯净水。

步骤(1)中所述的纳米TiO₂稀溶液固含量为0.1-1.0wt％。

步骤(2)中所述的AlN为纳米氮化铝，平均粒径为30-60nm。

步骤(2)中所述的AlN的添加量为光触媒溶液重量的0.01-0.1wt％。

步骤(2)中所述搅拌的速度为250-350rpm，搅拌时间为0.5-2h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本方法直接以纯净的纳米TiO₂胶体溶液制备光触媒原液，避免了由于杂质的引入，影响光触媒性能；而且光触媒越纯净，单分散性会越好，光催化效率自然就越高。

(2)本方法工艺简结，操作易行，适用于工业化生产。

(3)本方法以金属离子和非金属离子共掺组合成二元掺杂体系，二元掺杂体系中，不但具有单一金属离子和单一非金属离子的掺杂效应，还会有金属离子与非金属离子的协同作用，因此，相对于单一掺杂工艺，光触媒改性效果更加优异。

(4)本方法制备的可见光活性光触媒-通过对光触媒改性后，可缩小光触媒能级间隙，即受到更低能量的光照时，光生电子也可以跃迁至导带，从而引发光催化反应，因此，实现了可见光波段响应，即在普通白炽灯或太阳光下也有较好的光催化活性。

附图说明

图1为实施例1制备的改性光触媒降解甲醛效率图；

图2为实施例2制备的改性光触媒降解乙醇效率图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

AlN掺杂改性可见光活性光触媒的制备方法，具体步骤为首先取10ml固含量为10％的纳米TiO₂胶体溶液，用去离子水按1∶9稀释成纳米TiO₂胶体稀溶液，此即为光触媒溶液；然后，往光触媒溶液中加入光触媒溶液重量0.01wt％的纳米氮化铝进行掺杂改性，在250rpm条件下搅拌0.5h，最后，获得改性的光触媒溶液。

将制备的改性光触媒均匀地喷洒在200*250mm的玻璃片上，然后放置于密闭透明玻璃反应容器中考察改性后的光触媒的可见光活性，选取20W的白炽灯模拟太阳光，往反应容器中注射5ppm的甲醛气体，以甲醛的降解产物CO₂产生速度和浓度来表征改性光触媒的可见光活性，实验结果如图1所示，由实验结果可知，改性光触媒具有优异的可见光活性。

实施例2

AlN掺杂改性可见光活性光触媒的制备方法，具体步骤为首先取10ml固含量为10％的纳米TiO₂胶体溶液，用纯净水按1∶9稀释成纳米TiO₂胶体稀溶液，此即为光触媒溶液；然后，往光触媒溶液中光触媒溶液重量0.1％的纳米AlN进行掺杂改性，在250rpm条件先搅拌0.5h，最后，获得改性的光触媒溶液。

将制备的改性光触媒均匀地喷洒在200*250mm的玻璃片上，然后放置于密闭透明玻璃反应容器中考察改性后的光触媒的可见光活性，选取20W的白炽灯模拟太阳光，往反应容器中注射5ppm的乙醇气体，以乙醇的降解产物CO₂产生速度和浓度来表征改性光触媒的可见光活性，实验结果如图2所示，由实验结果可知，改性光触媒具有优异的可见光活性。

实施例3

同上述实施例1，其区别在于：

步骤(1)中纳米TiO₂胶体溶液的固含量为15wt％，表面电位为37mV；纳米TiO₂稀溶液固含量为0.5wt％。

步骤(2)中纳米氮化铝的平均粒径为45nm，添加量为光触媒溶液重量的0.05wt％；搅拌的速度为300rpm，搅拌时间为1h。

实施例4

同上述实施例1，其区别在于：

步骤(1)中纳米TiO₂胶体溶液的固含量为30wt％，表面电位为35.2mV；纳米TiO₂稀溶液固含量为0.3wt％。

步骤(2)中纳米氮化铝的平均粒径为30nm，添加量为光触媒溶液重量的0.02wt％；搅拌的速度为250rpm，搅拌时间为2h。

实施例3

同上述实施例1，其区别在于：

步骤(1)中纳米TiO₂胶体溶液的固含量为12wt％，表面电位为39.7mV；纳米TiO₂稀溶液固含量为0.8wt％。

步骤(2)中纳米氮化铝的平均粒径为60nm，添加量为光触媒溶液重量的0.08wt％；搅拌的速度为350rpm，搅拌时间为0.5h。

上述实施例为本发明的优选实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、代替、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。