本技术涉及一种稀土镱(Yb)和铒(Er)共掺杂的二氧化钛-氧化锌复合光催化剂及其制备技术。该技术通过将氧化锌与二氧化钛复合,形成复合光催化剂,并进一步掺杂稀土元素Yb3+和Er3+以增强光催化性能。
背景技术
酸雨、水体富营养化、黑臭水体、PM2.5超标等问题频发,警示环保刻不容缓。纺织印染业水耗量大,废水复杂,含高浓度有机污染物和色素,严重影响地区水质。当前阶段我国的印染废水主要为染色废水,按照化学结构来看,染料中80%是不溶性印染废水。国内外水处理研究者对其处理技术进行了深入的研究。目前印染废水的处理方法主要有物理处理法、生化处理法和化学处理法。光催化技术作为一种在光化学氧化基础上逐渐发展起来的新型污水处理技术,其具有稳定性好、活性高、无毒性、适用范围广,且不产生二次污染等优点,能够有效降解水体中的染料污染物,因此得到了学者的广泛关注。
在光催化研究中,光催化剂大都是n型半导体材料,如TiO2
、ZnO、CdS等,Ti02
是研究和应用最为广泛的n型半导体材料,其优点为化学稳定性高、无毒、成本低、光敏性强等,TiO2
用于光催化反应,如水处理、空气净化、太阳能电池光敏剂、自洁材料和医疗应用等。TiO2
光催化机理图如图1所示,当TiO2
受到禁带宽度相应的紫外光照射时,价带电子吸收能量,产生激发态电子,在价带上形成空穴,激发态电子与空气中的氧气反应,产生超氧自由基阴离子,空穴与水分子结合形成羟基自由基,具有强氧化性的羟基自由基和超氧自由基与印染废水发生反应,进而转换为无害的水和二氧化碳等小分子。
但因TiO2
其禁带宽度为3.0~3.2eV,只能被波长小于387nm的紫外光激发,且光生电子对极易复合,导致其光量子效率较低,在实际应用中会受到很大的限制。为了改善TiO2
的光催化性能,人们已经研究了多种改性方法,包括贵金属沉积、过渡金属掺杂、稀土金属掺杂、二氧化钛复合改性等,来优化TiO2
的结构,从而扩大其光响应范围,降低载流子复合率。
目前针对二氧化钛禁带能问题常采用的方法有如下两种:1.稀土金属掺杂会导致二氧化钛结构发生局部的改变,增加氧空位的同时,形成了更多捕获中心。此外,可以利用其上转换发光性能,将太阳光中的可见光或红外光转换成TiO2
可利用的紫外光,从而提高光催化剂对太阳光的利用率。2.半导体复合,将两个或两个以上的半导体结合在一起,既能增大可见光区域的吸收,又能降低载流子的复合,从而提高光催化活性。由于不同能级的导带之间的半导体,光激发的电子可以迅速从一个半导体到邻近的半导体从而加速电子空穴对的分离,提高光催化活性。
实现思路