本發(fā)明是一種用于隧道涂層的氮摻雜二氧化鈦光催化劑制備方法，屬于隧道涂層技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨我國(guó)城鎮(zhèn)化水平日益提高和公路交通迅速發(fā)展，修筑了許多長(zhǎng)達(dá)型隧道工程。但是，隧道是個(gè)相對(duì)封閉的空間，車輛行駛時(shí)排出的廢氣、煙塵、有機(jī)物等污染物難以排出。導(dǎo)致隧道內(nèi)的汽車尾氣濃度明顯高于隧道外，有毒有害物質(zhì)含量高，導(dǎo)致嚴(yán)重空氣污染，危害司乘人員的健康。雖然隧道內(nèi)安裝的通風(fēng)設(shè)備可排出部分污染物，只能起到稀釋空氣污染物的作用，達(dá)到改善隧道空氣環(huán)境質(zhì)量，且從隧道中排出的污染物仍然會(huì)對(duì)隧道附近口周圍環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，公路隧道運(yùn)營(yíng)的安全性、舒適性和環(huán)保性越來(lái)越受到司乘人員和隧道運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的關(guān)注。
已有研究表明，汽車行駛排放的尾氣中含有CO、CO2、NOx、HC等多種成分，污染了隧道內(nèi)的空氣，對(duì)人體的健康造成重大的威脅。且隨著隧道內(nèi)尾氣濃度累積，能見(jiàn)度降低，引起車輛行駛視距下降，妨礙行車安全。因此，利用化學(xué)降解技術(shù)凈化隧道內(nèi)的汽車尾氣污染，減少對(duì)隧道內(nèi)和隧道洞口周邊環(huán)境的影響日益受到人們重視。目前，汽車尾氣凈化技術(shù)主要包括機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化，機(jī)外凈化是在尾氣排出氣缸進(jìn)入大氣之前，利用轉(zhuǎn)化裝置將其中的有害部分轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體，主要是在汽車排氣管安置三元催化轉(zhuǎn)換器，但因三元催化轉(zhuǎn)化器催化劑表面與尾氣接觸有限、接觸時(shí)間短、在有限時(shí)間內(nèi)只能降解部分污染，同時(shí)，三元催化轉(zhuǎn)化器長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)使催化器中毒失效。因此可考慮在隧道內(nèi)壁或路面涂覆具有降解功能的催化材料來(lái)降解汽車尾氣。
近年來(lái)，二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N光催化劑由于具有優(yōu)異的光化學(xué)性能，且穩(wěn)定性好，廉價(jià)易得、無(wú)毒等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，在凈化空氣、污水處理等方面得到廣泛應(yīng)用和研究。因此若能將光催化材料納米二氧化鈦摻雜到瀝青混合料或涂料中，制成環(huán)保型瀝青路面和涂層，這將對(duì)減少隧道內(nèi)尾氣污染程度，提高司乘人員的行駛環(huán)境質(zhì)量有重大意義。
但是，納米二氧化鈦存在兩個(gè)缺點(diǎn)：(1)由于二氧化鈦屬于寬禁帶半導(dǎo)體(Eg＝3.2eV)，僅能吸收波長(zhǎng)小于387nm的紫外光，不能吸收可見(jiàn)光，從而限制了對(duì)光能的吸收利用；(2)納米二氧化鈦受光照產(chǎn)生的光生載流子，有可能在二氧化鈦粒子內(nèi)部和表面上重新復(fù)合而降低二氧化鈦的活性。如何提高可見(jiàn)光催化效率和量子效率已成為二氧化鈦光催化研究的重要課題之一。
為改善二氧化鈦光催化性能，使二氧化鈦適應(yīng)隧道內(nèi)光照條件下降解汽車尾氣，大量的學(xué)者利用表面貴金屬沉積、復(fù)合半導(dǎo)體、表面光敏化、表面螯合衍生化作用、離子摻雜等方法對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改性。其中，離子摻雜又分為金屬離子摻雜和非金屬離子摻雜。由于非金屬離子摻雜形成的雜能級(jí)和二氧化鈦導(dǎo)帶接近，在降低二氧化鈦禁帶寬度的同時(shí)，不僅有助于納米二氧化鈦光催化劑在可見(jiàn)光區(qū)域催化活性的拓展，還不會(huì)影響到其紫外光區(qū)的催化活性，逐漸受到關(guān)注，成為二氧化鈦光催化改性方法之一。因此，本發(fā)明根據(jù)隧道環(huán)境條件，采用氮摻雜改性二氧化鈦光催化劑用作隧道內(nèi)襯砌、路面、附屬設(shè)施等表面的涂層材料，充分利用隧道照明條件，使其光吸收譜帶向可見(jiàn)光拓展，提高可見(jiàn)光吸收率，改善二氧化鈦光催化效率，對(duì)更高效降解汽車尾氣、提高隧道空氣質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(1)技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明目的是提供一種用于隧道涂層的氮摻雜二氧化鈦光催化劑制備方法，解決目前用于隧道涂層的常規(guī)二氧化鈦光催化劑只能吸收紫外光、難以利用可見(jiàn)光、易團(tuán)聚、降解效率低、在隧道照明條件下降解尾氣效果差的問(wèn)題。
(2)技術(shù)方案
目前常規(guī)方法制備的二氧化鈦光催化劑，可見(jiàn)光響應(yīng)程度低、量子效率低、納米顆粒易團(tuán)聚，汽車尾氣降解效果差等問(wèn)題。本發(fā)明深入到二氧化鈦的微觀層次，根據(jù)隧道照明條件，利用非金屬氮離子提高二氧化鈦光催化劑在人造光源下降解汽車尾氣效果，提供一種用于隧道涂層的氮摻雜二氧化鈦光催化劑制備方法。本發(fā)明技術(shù)方案如下：首先，采用溶膠-凝膠法制得氮摻雜二氧化鈦溶膠，經(jīng)陳化制得凝膠，再研磨和煅燒制備納米氮摻雜二氧化鈦光催化劑，然后利用X射線衍射、透射電子顯微鏡、紫外-可見(jiàn)光漫反射光譜、X射線光電子能譜等表征手段分析氮離子對(duì)二氧化鈦的微觀結(jié)構(gòu)的改變，最后模擬隧道環(huán)境下測(cè)試氮摻雜二氧化鈦對(duì)汽車尾氣的實(shí)際降解效果，確定氮的最佳摻雜量，提高二氧化鈦對(duì)汽車尾氣的降解效果。
(3)有益效果
隨著我國(guó)隧道工程的迅速發(fā)展，大量的長(zhǎng)大型隧道相繼投入使用，隧道是個(gè)相對(duì)封閉的區(qū)域，長(zhǎng)大型隧道在運(yùn)營(yíng)管理時(shí)又會(huì)常常遇到通風(fēng)不暢的問(wèn)題，使車輛行駛時(shí)排出的廢氣煙塵無(wú)法及時(shí)排除，不僅對(duì)人體的健康造成重大的威脅，還會(huì)降低隧道內(nèi)的能見(jiàn)度降低，妨礙行車安全，污染物的長(zhǎng)期存在還會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)物、燈具等設(shè)備造成腐蝕，影響其使用壽命。本發(fā)明提供一種用于隧道涂層的氮摻雜二氧化鈦光催化劑制備方法，提高二氧化鈦對(duì)可見(jiàn)光的利用率，從而提高光催化降解效率。采用本發(fā)明制備的氮摻雜改性二氧化鈦光催化劑用作隧道內(nèi)壁、路面和附屬設(shè)施的涂層材料，充分利用隧道照明條件，對(duì)進(jìn)一步提高對(duì)隧道內(nèi)汽車尾氣降解效果，改善隧道空氣質(zhì)量和行車環(huán)境，保證司乘人員的健康具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種用于隧道涂層的氮摻雜二氧化鈦光催化劑制備方法，具體實(shí)施步驟如下：
(1)先把0.025摩爾(2.52克)乙酰丙酮加入到32毫升的正丁醇中，然后在加入0.05摩爾(17.5克)鈦酸四丁酯，在常溫常壓下強(qiáng)力攪拌混合1小時(shí)，制得溶液A；
(2)把0.15摩爾(9.05克)異丙醇溶解在3.64毫升蒸餾水中，然后全部加入到溶液A中，在常溫常壓下強(qiáng)力攪拌混合1小時(shí)，制得溶液B；
(3)把一定量的四甲基乙二胺加入到溶液B中，在常溫常壓下強(qiáng)力攪拌混合1小時(shí)，制得溶膠C，密封溶膠C在常溫常壓下陳化12小時(shí)，制得凝膠；
(4)將凝膠在80℃條件下干燥24小時(shí)，研磨后放在馬沸爐中，以10℃/分鐘升溫至500℃，保持該溫度煅燒18小時(shí)，然后停止加熱，自然降溫至常溫，制得氮摻雜二氧化鈦；
(5)利用光催化劑降解汽車尾氣測(cè)試裝置，模擬隧道照明條件測(cè)試氮摻雜二氧化鈦對(duì)汽車尾氣各成分的光催化降解效果，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，調(diào)整四甲基乙二胺添加量，確定氮的最佳摻雜量，使氮摻雜二氧化鈦在隧道照明條件下，發(fā)揮更好的降解效果。