本发明是一种用于降解汽车尾气的复合改性二氧化钛(tio2)制备方法，属于汽车尾气治理技术领域。
背景技术：
随着我国国民经济的不断发展，公路和城市道路建设的不断完善，全国的机动车保有量已突破3亿辆，就整体而言受市场刚性需求的影响，我国的机动车市场在未来发展阶段中会处于高速发展期。然而，燃油汽车在行驶过程中排放的大量有害尾气，对人们身体健康和自然环境造成了严重危害。现如今较为严重的雾霾天气，汽车尾气的污染也是重要的原因之一。作为发展中国家，我国的汽车制造技术水平总体不高，所以单车排放量较大，排放控制性能的耐久性较低，由此造成污染物排放量大幅度上升。汽车尾气的排放对人体的健康损害非常严重，刺激呼吸道，使呼吸系统的免疫力下降，导致暴露人群慢性气管炎、支气管炎、呼吸困难等病症的发病率升高，肺功能下降症状。同时，儿童吸入的机动车尾气量为成人的两倍，长期吸入这些气体，可发生贫血、眼病、肾炎等，有人称上述病为“城市儿童交通病”。因此，汽车排放污染物已经引起了人们的关注。
近年来，有部分学者考虑在涂料、沥青路面中加入纳米二氧化钛，利用纳米二氧化钛的光催化原理实现隧道内汽车尾气的净化，已取得一定成果。二氧化钛不仅是一种半导体材料，而且是受欢迎的催化剂之一，其光催化性能优异、无毒、化学稳定性、廉价，使得其在环境治理领域得到广泛应用。例如，降解有毒气体，净化水体，除臭等。但是，由于tio2的带隙能较高，只能被太阳光中的紫外线激发，无法有效利用占太阳光约45％的可见光进行光催化反应，故需要有效扩宽tio2的光谱响应范围，从而高效利用太阳光。另外，由于tio2的量子效率低，tio2产生光生电子空穴分离的时间较短，极易复合，故在较短时间内转移光生电子空穴影响着tio2的光催化效率。
因此，如何提高tio2对可见光的吸收率，提高tio2在可见光条件下降解汽车尾气的效果已成为研究的重点问题之一。尽管针对tio2微观结构的调整已经进行了很多的尝试，但是由于tio2本身性能的局限性，单纯依靠tio2作为光催化剂的应用前景依然受到很多的限制。因此，通过改性来提高光催化反应的量子产率并提高太阳光的利用率成为了普遍采用的方法，常见的改性方法主要有半导体复合、稀土元素掺杂、金属离子修饰、贵金属沉积、非金属元素掺杂等。
目前人们主要通过液相、气相和固相三种方法来制备tio2。这几种方法各有优缺点。气相法制备的tio2具有分散性好，纯度高，粒度小，可见光透射性等优点。但是，气相法同样具有制备设备复杂、不易推广、能耗成本高等缺点。相比之下，液相法具有设备简单、成本低、操作简便等优点，是目前工业领域，特别是实验室制备的首要选择。而固相法设备，工艺相对简单，但是产品质量纯度不高，容易受到污染，主要适合某些对tio2形貌尺寸要求不严格的应用。水热法作为液相法的一种，通过高温高压的环境，使难溶或不溶的物质溶解并且重结晶，实现无机化合物的形成和改性，既可制备单组分微小晶体，又可以制备双组分或多组分的特殊化合物粉末，既可进行常温下无法完成的反应又能克服某些高温处理不可避免的硬团聚等。
因此，本发明提供一种用于降解汽车尾气的复合改性tio2制备方法，根据水热法特有的优势，采用多壁碳纳米管和铜离子制备形态良好的复合改性tio2光催化剂用于降解汽车尾气中的碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳等主要成分，使其光吸收谱带向可见光拓展，提高可见光吸收率，改善tio2光催化效率，从而实现其有效降解汽车尾气的性能，提高空气质量。
技术实现要素：
(1)技术问题
本发明目的是提供一种用于降解汽车尾气的复合改性tio2制备方法，解决目前tio2只能吸收紫外光、难以利用可见光、降解效率低、制备的tio2形态不易控制、反应活性不高的问题，从而提高tio2的光催化效率。
(2)技术方案
为了解决目前常规方法制备的tio2可见光利用效率低、光生电子-空穴对易复合和对汽车尾气降解效果差等技术难题。本发明首先根据tio2的光催化原理，选取碳纳米管和铜离子作为掺杂剂，然后根据水热法良好的反应条件，利用碳纳米管和铜离子的复合作用提高tio2光催化剂降解汽车尾气的效果，提供一种用于降解汽车尾气的复合改性tio2制备方法。本发明技术方案如下：首先在烧杯中制得浓硫酸和浓硝酸混合液，加入多壁碳纳米管，超声分散，在油浴中加热、搅拌；然后使用回流设备和去离子水洗涤多壁碳纳米管，使ph值达到要求，干燥后再将异丙醇钛加入到去离子水中，并加入经干燥处理后制备的多壁碳纳米管，超声分散；最后加入硝酸铜溶液和浓硫酸，搅拌后，转移到高压反应釜中，反应12小时后将所制得产物用去离子水洗涤、干燥，经研磨制得多壁碳纳米管和铜离子复合改性纳米tio2。本发明采用水热法制备的多壁碳纳米管和铜离子复合改性tio2，进一步提高tio2使用过程中对汽车尾气降解效果，改善道路交通环境质量的目的。
(3)有益效果
目前应用较为广泛的汽车尾气治理方式是通过在汽车排气系统中安装尾气处理装置通过化学和物理的处理法来净化尾气，除此之外还有对汽车燃料进行改进和使用新能源来控制尾气排放。然而，一些环保性的汽车能源易对机动车使用寿命和性能造成影响，新能源汽车配套设施的不完善等问题也使得人们对其接受程度始终无法有效提高。纳米级光催化剂作为新一代高效环保催化剂，在汽车尾气净化处理方面有广阔的应用前景，并取得了良好的研究进展。且由于纳米级催化剂具有高选择性、高催化活性及抗中毒性等优点，其净化催化效率远高于传统催化剂。本方法旨在探索一种制备改性纳米tio2的方法，以实现进一步发挥tio2光催化效能的目的。
具体实施方式
本发明提供一种用于降解汽车尾气的复合改性tio2制备方法，具体实施步骤如下：
(1)在烧杯中按照体积比为3∶1制得浓硫酸和浓硝酸混合液100毫升，加入0.5克多壁碳纳米管，超声分散5分钟，在120℃油浴中加热、搅拌15分钟；
(2)使用抽滤装置和去离子水多次清洗多壁碳纳米管，使ph值达到6，在60℃条件下干燥12小时；
(3)将20毫升异丙醇钛加入到12毫升去离子水中，并加入经干燥处理后的多壁碳纳米管，超声分散处理10分钟；
(4)加入8毫升硝酸铜溶液和24毫升浓硫酸，搅拌15分钟后，转移到压强为3.5mpa的高压反应釜中，在200℃条件下反应12小时；
(5)将反应釜中所制得产物用去离子水清洗，使ph值达到6，并在80℃条件下干燥24小时，经研磨制得多壁碳纳米管和铜离子复合改性纳米tio2。