本發(fā)明屬于納米光催化和空氣凈化研究領(lǐng)域，具體涉及二氧化鈦納米復(fù)合光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
人的一生70%~90%是在室內(nèi)度過的，但隨著人們生活水平的提高和室內(nèi)裝飾材料的多樣化，室內(nèi)空氣污染也隨之愈演愈烈。室內(nèi)環(huán)境對(duì)健康的影響主要分為兩大類型：一種稱之為不良建筑綜合癥（簡(jiǎn)稱SBS），另一種稱之為不良建筑綜合癥（簡(jiǎn)稱BRI）。不良建筑綜合癥（SBS）指的是在建筑物內(nèi)生活和工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)的癥狀。主要癥狀表現(xiàn)為：注意力不集中，抑郁，嗜睡，疲勞，頭痛，煩惱氣味，易感冒，胸悶，黏膜、皮膚、眼睛刺激等。一旦離開這種環(huán)境，癥狀會(huì)自然減輕或消失。建筑相關(guān)疾?。˙RI）指的是由于建筑選址、設(shè)計(jì)、選材不當(dāng)，造成室內(nèi)空氣質(zhì)量不良引起的疾病，主要有呼吸道感染，心血管疾病，軍團(tuán)病及各種癌癥（如肺癌）。離開了引起建筑相關(guān)疾病的環(huán)境，癥狀也不會(huì)消失。無論是不良建筑綜合癥，還是建筑相關(guān)疾病，都可通過改善居住環(huán)境，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，從而降低這些癥狀的發(fā)生率。
世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的153號(hào)室內(nèi)污染氣體之一甲醛的“甲醛致癌”公報(bào)指出，甲醛不但能導(dǎo)致鼻腔癌和鼻竇癌，并且有強(qiáng)烈但尚不充分的證明表明還能引起白血病。室內(nèi)污染氣體的來源于室內(nèi)裝修家具和材料，如膠合板、壁紙、油漆、涂料、粘合劑等，在其中殘留或分解出來的有害氣體會(huì)逐漸向周圍環(huán)境中釋放，最長釋放時(shí)間可達(dá)十幾年。如何有效消除室內(nèi)空氣污染，如何給居住者提供一個(gè)舒適、安全的居住環(huán)境，已經(jīng)成為亟待解決的重要問題。
當(dāng)前中國市場(chǎng)上很多凈化甲醛的產(chǎn)品，都是采用活性炭吸附法、胺類衍生物或多酚類衍生物的化學(xué)去除法、半導(dǎo)體攜帶相關(guān)材料光催化降解法等。與吸附法、化學(xué)去除法等相比，光催化降解法具有持續(xù)功效，降解污染氣體后不會(huì)產(chǎn)生二次污染，并且對(duì)環(huán)境和人體無危害，光催化降解法的室內(nèi)污染氣體凈化劑開發(fā)受到越來越多的關(guān)注。但是目前室內(nèi)光催化的實(shí)際效果還十分有限，離人們的實(shí)際要求還有較大差距。
本發(fā)明通過將離子摻雜和表面氫化兩種改性手段相結(jié)合，發(fā)揮兩者協(xié)同作用，有效調(diào)控二氧化鈦的禁帶寬度，使納米復(fù)合光催化劑在紫外光區(qū)和可見光區(qū)均具備較強(qiáng)的光催化活性，在日光燈的照射下即可對(duì)室內(nèi)空氣起到明顯的凈化作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種二氧化鈦納米復(fù)合光催化劑的制備方法，高效解決室內(nèi)空氣污染問題。結(jié)合水熱法和表面氫化法，使納米復(fù)合光催化劑在紫外光區(qū)和可見光區(qū)均具有較強(qiáng)的光催化活性，對(duì)室內(nèi)空氣在日光燈照射下的凈化效果顯著。
進(jìn)一步的，上述的二氧化鈦納米復(fù)合白光室內(nèi)空氣凈化的制備方法，主要步驟如下：
a、制備二氧化鈦溶膠體系，向其中分別加入一定量的Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、W或Mo等的可溶性鹽，和一定量的尿素、硫脲或三聚氰胺等含非金屬的有機(jī)化合物，在加熱下攪拌3~5h，得到混合體系A(chǔ)；
b、將體系A(chǔ)小心移入不銹鋼反應(yīng)釜中，通過水熱法制備金屬及非金屬共摻雜的二氧化鈦納米顆粒，水熱溫度為150~180?C，水熱時(shí)間為8~24h，試驗(yàn)結(jié)束后將產(chǎn)物經(jīng)過高速離心分離，分別水洗和醇洗3次，在電熱鼓風(fēng)干燥箱中80?C下干燥4~6h后得到體系B；
c、將上述光催化劑原料，即體系B平鋪在氧化鋁瓷舟中，置入管式氣氛爐中，抽真空完畢后，充入一定量的氫氣，在不同條件下進(jìn)行表面氫化，其中溫度為200~600 ?C，時(shí)間為30min~24h，得到納米復(fù)合白光催化的空氣凈化劑。
本發(fā)明所述二氧化鈦溶膠可以由鈦鹽或有機(jī)含鈦化合物制備，或者通過商業(yè)納米鈦白粉或事先制備的氧化鈦納米顆粒、納米線、納米帶和納米管等，在一定配比的水性溶液中超聲制備。
本發(fā)明所述金屬離子摻雜可以是所述金屬離子中的一種或一種以上，一般不超過3種。
本發(fā)明所述的非金屬離子摻雜可以通過尿素、硫脲和三聚氰胺中的任意一種來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明中混合體系A(chǔ)的攪拌方式可以是機(jī)械攪拌、磁力攪拌、超聲混合方式中的任意一種，或超聲與前兩種的結(jié)合。
本發(fā)明相比現(xiàn)有常見納米復(fù)合光催化劑的方法，具有如下有益效果：
（1）工藝可控性強(qiáng)。氧化鈦溶膠制備工藝簡(jiǎn)單，后續(xù)的水熱反應(yīng)金屬離子與非金屬離子共摻雜中間過程少，摻雜成分和含量調(diào)控方便，摻雜效果好，將來可以在大型水熱釜中進(jìn)行，操作方便，適合工業(yè)化的推廣生產(chǎn)。
（2）離子摻雜與表面氫化兩種改性方法相結(jié)合，并且離子摻雜為金屬離子和非金屬離子的摻雜，這種改性策略還未見明顯報(bào)道，具有方法上的創(chuàng)新性。
（3）所制備的納米復(fù)合白光光催化劑光響應(yīng)范圍寬，光催化活性強(qiáng)，粉體相貌與原氧化鈦溶膠具有明顯的繼承性，化學(xué)穩(wěn)定性高等。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述：
實(shí)施例1：
將5g市售納米鈦白（二氧化鈦），粒徑15~50nm，加入70ml水和無水乙醇（體積比2:5）混合溶液中超聲條件下攪拌1h制得氧化鈦溶膠，然后分別加入0.5ml氨水、0.4g九水硝酸鐵、0.2g尿素，繼續(xù)超聲攪拌6h得到混合物A；然后將A倒入100ml不銹鋼水熱釜中，在恒溫干燥箱中以3℃/min的速度升溫至180℃保溫12h，然后將產(chǎn)物離心分離，分別用去離子水洗滌三次、無水乙醇洗滌三次，將所得產(chǎn)物在干燥箱中80℃下干燥5h，制得離子共摻雜的氧化鈦前驅(qū)體B；最后將B在氫氣氣氛爐中500℃下氫化3h，得到復(fù)合光催化劑。
以500W氙燈為模擬太陽光光源，用太陽能測(cè)量?jī)x將強(qiáng)度調(diào)至AM1.5，采用外照法對(duì)亞甲基藍(lán)按照重量比0.1%進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)，2h的降解率達(dá)到98.2%，而同等條件下P25的降解率的則只有71.5%。
實(shí)施例2：
將課題組制備的5g二氧化鈦納米線，直徑約10nm，加入70ml水和無水乙醇（體積比2:5）混合溶液中超聲條件下攪拌1h制得氧化鈦溶膠，然后分別加入0.5ml氨水、0.4g九水硝酸鐵、0.2g尿素，繼續(xù)超聲攪拌6h得到混合物A；然后將A倒入100ml不銹鋼水熱釜中，在恒溫干燥箱中以3℃/min的速度升溫至180℃保溫12h，然后將產(chǎn)物離心分離，分別用去離子水洗滌三次、無水乙醇洗滌三次，將所得產(chǎn)物在干燥箱中80℃下干燥5h，制得離子共摻雜的氧化鈦前驅(qū)體B；最后將B在氫氣氣氛爐中500℃下氫化3h，得到復(fù)合二氧化鈦納米線光催化劑。
以500W氙燈為模擬太陽光光源，用太陽能測(cè)量?jī)x將強(qiáng)度調(diào)至AM1.5，采用外照法對(duì)亞甲基藍(lán)按照重量比0.1%進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)，2h的降解率達(dá)到99.4%，明顯高于實(shí)施例1中所制備的復(fù)合納米顆粒的98.2%的降解率。原因可能歸因于一維氧化鈦具有高的載流子傳輸效率等。
實(shí)施例3：
將課題組制備的5g二氧化鈦納米線，直徑約10nm，加入70ml水和無水乙醇（體積比2:5）混合溶液中超聲條件下攪拌1h制得氧化鈦溶膠，然后分別加入0.5ml氨水、0.2g九水硝酸鐵、0.15g六水硝酸鎳和0.3g硫脲，繼續(xù)超聲攪拌5h得到混合物A；然后將A倒入100ml不銹鋼水熱釜中，在恒溫干燥箱中以3℃/min的速度升溫至180℃保溫12h，然后將產(chǎn)物離心分離，分別用去離子水洗滌三次、無水乙醇洗滌三次，將所得產(chǎn)物在干燥箱中80℃下干燥5h，制得離子共摻雜的氧化鈦前驅(qū)體B；最后將B在氫氣氣氛爐中500℃下氫化3h，得到復(fù)合二氧化鈦納米線光催化劑。
以500W氙燈為模擬太陽光光源，用太陽能測(cè)量?jī)x將強(qiáng)度調(diào)至AM1.5，采用外照法對(duì)亞甲基藍(lán)按照重量比0.1%進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)，2h的降解率達(dá)到99.6%，與實(shí)施例2中所制備的復(fù)合納米線的降解率相比略有提高。原因可能歸因于鐵和鎳金屬離子的摻雜等。