CN103406136A - Lu、N共掺杂TiO2光催化蜂窝陶瓷网的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，是以蜂窝陶瓷网作为第一载体，在第一载体上负载比表面积为300～400m²／g、并掺杂了镧、铈和铁元素的活性Al₂O₃涂层作为第二载体，其中Al₂O₃∶La∶Ce∶Fe的质量比为100～110∶90～115∶50～70∶5～15；再在第二载体上负载加入了稀土元素Lu和非金属元素N的TiO₂光催化膜，所述TiO₂光催化膜中Lu∶N∶TiO₂的质量比为0.01～0.16∶0.40～1.88∶97.94～99.54。采用本发明制得的光催化蜂窝陶瓷网对空气中甲醛、甲苯的去除率分别为98.7%和92.2%，比使用纯TiO₂光催化膜分别提高了2.0倍和1.9倍。

Description

Lu、N共掺杂TiO2光催化蜂窝陶瓷网的制备方法

技术领域

本发明涉及光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，特别是一种镥/氮共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法。

技术背景

以TiO₂为催化剂、利用光催化的方法氧化降解可挥发性有机物（VOCs）是一项污染治理新技术，该过程不需要其它化学助剂，反应条件温和，最终产物通常只有CO₂和H₂O，不产生二次污染。大部分气相有机污染物可以通过光催化氧化过程快速分解，包括脂肪烃、醇、醛、酮、卤代烃、芳烃、硫醇及杂原子有机物等，该方法尤其适合于无法或难以生物降解的有毒有机物质的处理。

TiO₂光催化剂是目前最常用的光催化技术，但纯TiO₂只能吸收波长小于387nm的紫外光，对波长为400--800nm的可见光没有光催化活性，加上光量子效率较低等因素便限制了它的实际应用。但是通过掺杂改性可以提高TiO₂的光催化效率，也能提高对可见光的吸收。

蜂窝陶瓷的是一种多孔性的工业用陶瓷，内部由薄壁分割成三角、四方或六角形平行通道，比表面积大，排气阻力小。另外，它的化学性质不活泼，绝缘，机械强度和热稳定性较好，易加工成各种形状，价格比较低廉，是处理废气催化剂的理想载体，也是光催化剂的理想载体。

有关改性TiO₂的报道和专利已有不少，包括对TiO₂进行金属掺杂和非金属掺杂、TiO₂的固定技术等。

CN101884938A公开了一种制备氮掺杂TiO₂光催化薄膜的方法。该方法首先采用离子掺氮工艺对金属钛或钛合金表面进行渗氮处理，之后再采用微弧氧化技术在渗氮后的金属钛或钛合金基体上原位生长TiO₂薄膜。该发明应用于光催化净化领域，与未氮掺杂TiO₂薄膜相比，对紫外光和可见光的吸收效率明显提高，光生电流强度明显增强，降解有机污染的降解效率显著提高。

《广州化工》2008年36卷第6期报道了掺杂稀土Nd的TiO₂光催化法处理印染废水研究，提出以Ti(OBu)₄、Nd₂O₃为原料,采用溶胶凝胶法,制备出纳米Nd₂O₃/TiO₂光催化剂用于处理还原红染料溶液。讨论了Nd离子的掺杂量、催化剂用量、pH值以及光照时间等因素对降解率的影响，实验结果表明,掺杂了Nd的TiO₂光催化剂对还原红降解率较高。

CN101696032A公开了一种铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体的制备方法。该方法是将钛源和沉淀剂按1∶2比例混合溶于去离子水中制成混合溶液，经带聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行水热合成反应，温度为100℃200℃，压力为0.1Mpa～20MPa，搅拌速度100～1000转／min，保温时间为1～24h，经过水洗、醇洗至中性，最后经过干燥，得到锐钛矿型氮铬复合掺杂纳米二氧化铁粉体；利用本制备方法得到的铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体的比表面积大，光催化活性和光催化效率显著提高，同时该发明还具有成本低、工艺简单等优点。

上述技术虽然涉及到TiO₂的稀土掺杂和氮掺杂，但未涉及稀土元素Lu和N的共掺杂，更未涉及制备共掺杂TiO₂光催化膜的特定技术。

发明内容

本发明的目的是旨在拓展催化剂在可见光区吸收，减少光生电子和空穴的分离,提高光催化活性，同时能避免催化剂使用过程中流失。

为实现上述目的，本发明Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法采用如下技术方案：以蜂窝陶瓷网作为第一载体，所述蜂窝陶瓷网的孔密封为30～40个孔/cm²，孔的形状为边长是1～2mm的正方形或正三角形或正六边形；在第一载体上负载比表面积为300～400m²／g、并掺杂了镧、铈和铁元素的活性Al₂O₃涂层作为第二载体，其中Al₂O₃∶La∶Ce∶Fe的质量比为100～110∶90～115∶50～70∶5～15；再在第二载体上负载加入了稀土元素Lu（镥）和非金属元素N(氮)的TiO₂光催化膜，即得到光催化蜂窝陶瓷网，所述TiO₂光催化膜中Lu∶N∶TiO₂的质量比为0.01～0.16∶0.40～1.88∶97.94～99.54。

所述第一载体的长、宽、厚为100～200×100～200×10～15mm，该尺寸能满足一般试验条件下对近距离光源发光的采集，也可上述尺寸的基础上拼接成更大面积的陶瓷网用于工业废气处理。

蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷，内部由薄壁分割成三角、四方或六角形平行通道，比表面积大，排气阻力小，是理想的催化剂载体，但普通堇青石质蜂窝陶瓷成本较高。由于本发明对第一载体的耐热冲击性和对热膨胀系数的要求不高，因此，本发明采用普通原料和较简单工艺制备蜂窝陶瓷，在比表面积、机械强度得到保证的前提下，产品成本仅为普通堇青石质蜂窝陶瓷的1/2～1/3，制备步骤如下：

先按如下质量比准备原料：星子土35～40%，郎溪土25～30%，凤阳石英20～28%，桐油1～5%，甘油1～3%、淀粉1～2%；然后将原料与水以1∶0.2～0.3质量比例混合，在20～25℃下混炼使泥料硬度为11±1HB后，在17±3℃下陈腐24±4hr，通过145～160目过滤杂质后形成塑性泥料；再经过模具挤压、切割成型；湿坯体经过195～210℃射频干燥0.4～0.5hr，得到干坯体；最后将干坯体在隧道窑内以1℃/min升温至200±20℃，以5±2℃/min升温至800±40℃，以0.8±0.2℃/min升温至1200℃，最后以0.9±0.2℃/min升温至1420±30℃，保温6±1hr，自然冷却至室温，即得到第一载体蜂窝陶瓷网半成品；再将半成品先用2～10%的盐酸或硫酸清洗以去除铁锈，然后用2～4%NaOH清洗以去除油污，再在蒸馏水中用超声清洗以彻底清除杂质，最后110～130℃烘干2～4hr即制得可作为第一载体的蜂窝陶瓷网。

上述方法得到的作为第一载体的蜂窝陶瓷需采用机械加工的形式加工成100～200×100～200×10～15mm蜂窝陶瓷网制品，该尺寸能满足一般试验条件下对近距离光源发光的采集，也可拼接成更大面积的陶瓷网适合不同条件下使用。

上述作为第一载体的蜂窝陶瓷的孔密度为30～40孔/cm²的，孔的形状为边长是1～2mm的正方形或正三角形或正六边形。

在第一载体上负载第二载体的具体方法如下：

先采用如下原料按质量比配置涂层浆料：镧改性氧化铝（La-Al₂O₃）∶拟薄水铝石（AlOOH·nH₂O）∶氧化铈锆粉（Ce和Zr的氧化物）∶Fe(NO₃)₃·9H₂O∶硝酸∶聚乙二醇∶去离子水=16.2～23.8∶3.8～6.4∶1.9～4.2∶0.8～2.1∶0.6～2.0∶0.1～0.3∶77.0～61.0，充分均匀混合，得到的浆料粘度为500～1000mPa·S，pH为3.5～4.0，前述氧化铈锆粉是Ce和Zr的氧化物，其中Ce与Zr的质量比为3～1∶2～1；然后将第一载体浸渍于浆料中10～30min，使之充分接触，然后缓慢提拉出载体，用空气吹扫清除载体孔洞中多余的浆料，250～350℃下烘干2～3hr；再采用程序升温法进行焙烧：用3～5hr由室温升至300～400℃并保持20～40min，再用20～40min升至450～550℃保持30～60min，再用10～20min升至550～650℃并保持1～3hr，自然冷却至至室温。

第二载体的比表面积高达300～400m²／g的γ-Al₂O₃，它能确保对光催化剂的负载量，增强光催化膜负载的牢固度。

为了进一步改善Al₂O₃的热稳定性，上述浆液原料中，镧改性氧化铝中的La₂O₃与Al₂O₃的质量比优选为5.0～10.0∶95.0～10.0；由于拟薄水铝石是一种含水量不定的铝氧化物，为了使第二载体性能较好，拟薄水铝石中水含量优选为n=0.1～0.8，。

为确保第二载体的比表面积、储氧能力，从而提高光催化膜的负载强度和催化能力。作为第二载体的涂层厚度优选为17.3～25.4μm。

在第二载体上负载加入了稀土元素Lu和非金属元素N的TiO₂光催化膜的方法为：先制备Lu、N掺杂TiO₂溶胶，将钛酸四丁酯[Ti(OC₄H₉)₄]缓慢滴加入pH为1～3的无水乙醇[C₂H₅OH]和冰乙酸[CH₃COOH]的混合溶液中，室温下搅拌0.5～2hr得到溶液A，其中钛酸四丁酯∶无水乙醇∶冰乙酸的质量比为11.53～23.04∶51.97～65.12∶0.69～7.13；将尿素[CO(NH₂)₂]、水合硝酸镥[Lu(NO₃)₃·H₂O]溶于无水乙醇和去离子水中，混合搅拌得到溶液B，其中尿素∶水合硝酸镥∶无水乙醇∶去离子水的质量比为0.23～0.85∶0.01～0.61∶14.87～26.12∶0.69～3.54；将A液缓慢滴加至置于冰水浴的B液中，不断搅拌1～2h得到淡黄色的掺杂TiO₂溶胶；然后将负载有第二载体涂层的蜂窝陶瓷网浸渍于掺杂TiO₂溶胶中，采用浸渍—提拉法在第二载体表面制得湿膜，60～100℃下干燥15～20min；最后以2～4℃/min升温至550±15℃并保持1～2hr进行焙烧，即得到光催化蜂窝陶瓷网成品。

上述“浸渍—提拉—干燥—焙烧”过程可重复多次，以制得所需厚度的光催化膜。

本发明的有益效果是：可促进TiO₂光催化剂的实际应用。首先是TiO₂中掺入N后能将催化剂的吸收波长由387nm的紫外光扩展到400-600nm的可见光，因而能利用太阳光作为光源，可使光催化成本降低；其次，掺杂稀土元素Lu有利于TiO₂光生电子和空穴的分离，有利于产生氧化能力很强的羟基自由基，从而促进有机物氧化，提高光催化效率；其三，在蜂窝陶瓷网上负载复合的Al₂O₃作为第二载体具有很高的高比表面积，因而能提高光催化剂的负载量，增加了光催化膜的负载牢度，也能提高催化剂的催化效率；其四，制备的光催化蜂窝陶瓷网能避免催化剂使用过程中流失，很有实用价值。本发明的综合效果是：与同样条件下纯TiO₂光催化膜相比，对空气中甲醛和二甲苯的去除率分别提高了2.0倍和1.9倍，达到98.7%和92.2%，产品的实用性强。

具体实施方式

1、制备蜂窝陶瓷网载体

原材料组成和质量比为：星子土35～40，郎溪土25～30，凤阳石英20～22，桐油1～5，甘油1～3、淀粉1～2等；其制备工艺为：将原料与水以1∶0.2～0.3质量比例混合，在20～25℃下混炼使泥料硬度为11±1HB(布氏硬度值)，17±3℃下陈腐24±4hr，150目过滤杂质颗粒后形成塑性泥料，通过模具挤出后切割成型，再将湿坯体经过射频在200℃下干燥0.5hr，即得到干坯体；其烧成制度和切割方法为：在隧道窑内的烧成以1℃/min的速度升温至200±20℃，以5±2℃/min的速度升温至800±40℃，以0.8±0.2℃/min的速度升温至1200℃，以0.9±0.2℃/min的速度升温至1420±30℃，保温6±1hr，自然冷却至室温，得到孔密度为30～40孔/cm2的蜂窝陶瓷样品，孔的形状为边长是1～2mm的正方形或正三角形或正六边形。

样品再加工成100～200×100～200×10～15mm蜂窝陶瓷网第一载体，该尺寸能满足一般试验条件下对近距离光源发光的采集，也可拼接成更大面积的陶瓷网用于工业化废气处理；蜂窝陶瓷网使用前先用2～10%的盐酸或硫酸清洗以去除铁锈，用2～4%NaOH清洗以去除油污，再在蒸馏水中用超声清洗以彻底清除的杂质，110～130℃烘干2～4hr保存。

2、制备第二载体

即在蜂窝陶瓷网上负载具有高比表面积、掺杂了铁、稀土镧和铈的Al₂O₃涂层。先配置第二载体的浆料，其组成质量比为：镧改性氧化铝La-Al₂O₃∶拟薄水铝石AlOOH·nH₂O∶氧化铈锆粉（Ce和Zr的氧化物）∶Fe(NO₃)₃·9H₂O∶硝酸∶聚乙二醇∶去离子水=16.2～23.8∶3.8～6.4∶1.9～4.2∶0.8～2.1∶0.6～2.0∶0.1～0.3∶77.0～61.0，将浆料组分用高速分散机以900～3500r/min速度搅拌20～50min，得到浆料粘度为500～1000mPa·S，pH为3.5～4.0。

取上述100～200×100～200×10～15mm第一载体浸渍于浆料中10～30min，使之充分接触；然后缓慢提拉出载体，用空气吹扫清除载体孔洞中多余的浆料，250～350℃下烘干2～3hr；最后采用程序升温法进行焙烧：用3～5hr由室温升至300～400℃并保持20～40min，再用20～40min升至450～550℃并保持30～60min，再用10～20min升至550～650℃并保持1～3hr，自然冷却至至室温，得到样品。

3、负载光催化膜

即在第二载体上负载光催化膜。先制备Lu、N掺杂TiO₂溶胶：将钛酸四丁酯[Ti(OC₄H₉)₄]缓慢滴加入pH为1～3的无水乙醇[C₂H₅OH]和冰乙酸[CH₃COOH]的混合溶液中，室温下搅拌0.5～2hr得到溶液A，其中钛酸四丁酯∶无水乙醇∶冰乙酸的质量比为11.53～23.04∶51.97～65.12∶0.69～7.13；将尿素[CO(NH₂)₂]、水合硝酸镥[Lu(NO₃)₃·H₂O]溶于无水乙醇和去离子水中，混合搅拌得到溶液B，其中尿素∶水合硝酸镥∶无水乙醇∶去离子水的质量比为0.23～0.85∶0.01～0.61∶14.87～26.12∶0.69～3.54；将A液缓慢滴加至置于冰水浴的B液中，不断搅拌1hr，得到淡黄色的掺杂TiO₂溶胶（淡黄色是掺入试剂中含有极微量铁生成Fe₂O₃溶胶所致）；然后将第二载体的蜂窝陶瓷网浸渍于Lu、N掺杂TiO₂溶胶中，采用浸渍—提拉法在第二载体表面制得湿膜，在60～100℃下干燥15～20min；冷却至室温后再以2～4℃/min的速率热处理至450～550℃，保温1～2hr，即制得样品。为了得到足够厚度的光催化膜，其“浸渍—提拉—焙烧”过程可重复多次。

4、性能检测和催化试验

对制得的样品进行外观、SEM（扫描电镜）、紫外/可见（UV/Vis）漫反射光谱、比表面积、脱落率等性能测定，同时进行用光催化法处理空气中甲醛和甲苯的试验。

第一载体蜂窝陶瓷网的尺寸、孔的形状和大小、孔密度、比表面积以及第二载体的厚度采用直接量度得到。

第二载体的比表面积采用3H-2000BET-A型BET比表面积测定仪测定，第二载体的脱落率参考XB/T607-2003《汽油车排气净化涂层材料试验方法》测定。

Lu、N共掺杂TiO₂光催化膜形态采用SEM（扫描电子显微镜）测定，所用仪器为日本Hitachi公司X650型SEM仪。

Lu、N共掺杂TiO₂光催化膜对光的吸收采用UV-Vis漫反射光谱测定，所用仪器为日本岛津UV-2501PC型紫外可见分光光度计。样品为与催化膜相同条件下制得的掺杂TiO₂粉体，由Lu、N共掺杂TiO₂溶胶在700℃下焙烧得到。

光催化处理甲醛、甲苯试验是以模拟日光的500W氙灯为光源，分别让二种气体通过光催化蜂窝陶瓷网，测定不同时间段甲醛或甲苯的浓度求得去除率。甲醛是按照GB/T18204.26-2000《公共场所空气中甲醛测定方法》进行，甲苯是按照GBZ/T160.42-2004《工作场所空气中芳香烃类化合物的测定方法》进行。

实施例1按照上述实施方式制得Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网40件，制作条件和样品测得的各种参数如下：

第一载体蜂窝陶瓷网制备：先将星子土40（质量比，下同），郎溪土29，凤阳石英22，桐油4，甘油3，淀粉2和水22比例混合，在21℃下混炼使泥料硬度为11HB，17℃下陈腐24hr，150目过滤杂质颗粒后形成塑性泥料，通过模具挤出后切割成型，再将湿坯体经过射频在200℃下干燥0.5hr，即得到干坯体；然后将干坯体在隧道窑内以1℃/min的速度升温至210℃，以5℃/min的速度升温至800℃，以0.8℃/min的速度升温至1200℃，以0.9℃/min的速度升温至1420℃，保温6hr，自然冷却至室温，得到孔密度为31孔/cm²的蜂窝陶瓷样品，孔的形状为边长是1.6mm的正方形；样品再加工成100×100×10mm成为第一载体，先后用2～10%的盐酸或硫酸清洗以去除铁锈，用2～4%NaOH清洗以去除油污，再在蒸馏水中用超声清洗以测底清除的杂质，110～130℃烘干2～4hr保存。

第二载体涂层制备：将第一载体浸渍于复合Al₂O₃的浆料中，浆液组成的质量比为：镧改性氧化铝（La-Al₂O₃）∶拟薄水铝石（AlOOH·nH₂O）∶氧化铈锆粉（Ce和Zr的氧化物）∶Fe(NO₃)₃·9H₂O∶硝酸∶聚乙二醇（PEG）∶去离子水=23.8∶4.8∶2.4∶1.0∶1.5∶0.2∶66.3。涂层原料中La-Al₂O₃的La₂O₃∶Al₂O₃=6.0∶94.0，拟薄水铝石中水的n=0.4，氧化铈锆粉的Ce∶Zr=1∶1。采用浸渍法将混均后的浆料负载于蜂窝陶瓷载体上，再在600℃下焙烧4hr，得到涂层为高比表面积的复合Al₂O₃蜂窝陶瓷载体。

光催化膜制备：先将钛酸四丁酯缓慢滴加入pH为2的无水乙醇和冰乙酸的混合溶液中，室温下搅拌1hr得到溶液A，其中钛酸四丁酯∶无水乙醇∶冰乙酸=22.9∶62.3∶7.1；将尿素、水合硝酸镥溶于无水乙醇和去离子水中，混合搅拌得到溶液B，其中尿素∶水合硝酸镥∶无水乙醇∶去离子水=0.65∶0.21∶20.12∶1.54。将A液缓慢滴加至置于冰水浴的B液中，不断搅拌1hr，得到淡黄色的掺杂TiO₂溶胶；采用浸渍—提拉法在第二载体片上负载掺杂TiO₂溶胶并制得湿膜，然后在80℃下干燥20min,冷却后又重复浸渍—提拉5次，以增加膜的厚度；最后将湿膜置于程序控温炉以3℃/min热处理至500℃，保温3hr，冷却至室温，得到透明、平滑、均匀的Lu、N共掺杂TiO₂光催化膜。

样品的各种测定参数：第一载体为150×150×15mm，孔密度31个孔/cm²，孔的形状是边长为1～2mm的正方形，比表面积14.0～18.0cm²/cm³；第二载体复合Al₂O₃涂层厚度为21.7μm，比表面积为380m²／g，脱落率仅为0.24～0.49%；SEM测定表明，Lu、N共掺杂TiO₂光催化膜膜面平整，膜的厚度为350nm，膜上晶粒约为20nm，颗粒排列整齐；UV/Vis漫反射光谱测定表明，纯TiO₂的吸收波长低于387nm，而Lu、N共掺杂TiO₂吸收带红移至600nm；光降解处理废气试验表明，甲醛的去除率为98.7%，甲苯的去除率为92.2%，重复10次试验表明，其甲醛的去除率降低2.5%，甲苯的去除率仅降低1.7%，表明该催化剂具有很好的持久性。

实施例2除第二载体的原料配比与实施例1不同外，其它制备方法均与实施例1相同。第二载体的原料配比为：镧改性氧化铝（La-Al₂O₃）∶拟薄水铝石（AlOOH·nH₂O）∶氧化铈锆粉（Ce和Zr的氧化物）∶Fe(NO₃)₃·9H₂O∶硝酸∶聚乙二醇（PEG）∶去离子水=20.8∶7.8∶6.4∶0.8∶1.0∶0.2∶66.3。共制得Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网40件，测得的各种参数如下：

第一载体的尺寸、孔密度、孔形状和大小完全与实施例1相同；第二载体厚度为21.4μm；SEM测定表明光催化膜膜面平整，膜的厚度、膜上晶粒尺寸及排列、UV/Vis漫反射光谱测定得到的吸收带等结果均与实施例1完全相同；光降解试验表明，甲醛的去除率为97.6%、甲苯的去除率为90.8%，略低于实施例1的结果；重复10次试验表明，其甲醛的去除率降低2.0%，甲苯的去除率仅降低1.8%，与实施例1的结果基本相同。

实施例3除在负载光催化膜时采用的浸渍—提拉次数比实施例1的5次减少为2次外（旨在降低膜的厚度），其余步骤都与实施例1相同。制品各种参数如下：

第一载体尺寸、孔密度、孔的形状和大小完全与实施例1相同；第二载体复合Al₂O₃涂层的厚度为15.4μm；SEM测定表明Lu、N共掺杂TiO₂光催化膜膜面平整，膜的厚度为300nm，膜上晶粒约为20nm，颗粒排列整齐；UV-Vis漫反射光谱测定得到的吸收带等结果均与实施例1完全同；光降解处理废气试验表明，甲醛的去除率为96.4%、甲苯的去除率为89.0%，略低于实施例1的结果；重复10次试验表明，其甲醛的去除率降低3.0%，甲苯的去除率降低2.1%，低于实施例1和实施2的结果，表明催化膜厚度降低其催化的持久性也有下降。

对比例除在第一载体上不负载第二载体、在TiO₂光催化剂中不掺杂Lu和N外（即在制备溶胶时不加尿素和水合硝酸镥），其余制备步骤都与实施例1相同。制品的各种参数如下：

第一载体尺寸、孔密度，孔的形状和尺寸、光催化膜的形态等特性均与实施例1相同；UV/Vis漫反射光谱测定表明，纯TiO₂的吸收波长低于387nm；光降解试验表明，甲醛的去除率为50.1%，甲苯的去除率为48.2%，比实施例1、实施例2和实施例3有大幅度下降；重复10次试验表明，其甲醛的去除率降低3.5%，甲苯的去除率仅降低2.2%。

Claims (8)

1.Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是：以蜂窝陶瓷网作为第一载体，所述蜂窝陶瓷网的孔密度为30～40个孔/cm²，孔的形状为边长是1～2mm的正方形或正三角形或正六边形；在第一载体上负载比表面积为300～400m²／g、并掺杂了镧、铈和铁元素的活性Al₂O₃涂层作为第二载体，其中Al₂O₃∶La∶Ce∶Fe的质量比为100～110∶90～115∶50～70∶5～15；再在第二载体上负载加入了稀土元素Lu（镥）和非金属元素N(氮)的TiO₂光催化膜，即得到光催化蜂窝陶瓷网，所述TiO₂光催化膜中Lu∶N∶TiO₂的质量比为0.01～0.16∶0.40～1.88∶97.94～99.54。

2.如权利要求1所述Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是：所述第一载体的长、宽、厚为100～200×100～200×10～15mm。

3.如权利要求1或2所述Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是所述第一载体采用如下步骤制备：

先按如下质量比准备原料：星子土35～40%，郎溪土25～30%，凤阳石英20～28%，桐油1～5%，甘油1～3%、淀粉1～2%；然后将原料与水以1∶0.2～0.3质量比例混合，在20～25℃下混炼使泥料硬度为11±1HB后，在17±3℃下陈腐24±4hr，通过145～160目过滤杂质后形成塑性泥料；再经过模具挤压、切割成型；湿坯体经过195～210℃射频干燥0.4～0.5hr，得到干坯体；最后将干坯体在隧道窑内以1℃/min升温至200±20℃，以5±2℃/min升温至800±40℃，以0.8±0.2℃/min升温至1200℃，最后以0.9±0.2℃/min升温至1420±30℃，保温6±1hr，自然冷却至室温，即得到第一载体蜂窝陶瓷网半成品；再将半成品先用2～10%的盐酸或硫酸清洗以去除铁锈，然后用2～4%NaOH清洗以去除油污，再在蒸馏水中用超声清洗以彻底清除杂质，最后110～130℃烘干2～4hr即制得第一载体蜂窝陶瓷网。

4.如权利要求1所述Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是在第一载体上负载第二载体的具体方法如下：

先采用如下原料按质量比配置涂层浆料：镧改性氧化铝（La-Al₂O₃）∶拟薄水铝石（AlOOH·nH₂O）∶氧化铈锆粉（Ce和Zr的氧化物）∶Fe(NO₃)₃·9H₂O∶硝酸∶聚乙二醇∶去离子水=16.2～23.8∶3.8～6.4∶1.9～4.2∶0.8～2.1∶0.6～2.0∶0.1～0.3∶77.0～61.0，充分均匀混合，得到的浆料粘度为500～1000mPa·S，pH为3.5～4.0，前述氧化铈锆粉是Ce和Zr的氧化物，其中Ce与Zr的质量比为3～1∶2～1；然后将第一载体浸渍于浆料中10～30min，使之充分接触，然后缓慢提拉出载体，用空气吹扫清除载体孔洞中多余的浆料，250～350℃下烘干2～3hr；再采用程序升温法进行焙烧：用3～5hr由室温升至300～400℃并保持20～40min，再用20～40min升至450～550℃保持30～60min，再用10～20min升至550～650℃并保持1～3hr，自然冷却至至室温。

5.如权利要求4所述Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是作为第二载体的涂层厚度为17.3～25.4μm。

6.如权利要求4或5所述镥、氮共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是浆液原料中，镧改性氧化铝中的La₂O₃与Al₂O₃的质量比为5.0～10.0∶95.0～10.0，拟薄水铝石中水的n=0.1～0.8。

7.如权利要求1所述Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是在第二载体上负载加入了稀土元素Lu和非金属元素N的TiO₂光催化膜的方法为：先制备Lu、N掺杂TiO₂溶胶，将钛酸四丁酯[Ti(OC₄H₉)₄]缓慢滴加入pH为1～3的无水乙醇[C₂H₅OH]和冰乙酸[CH₃COOH]的混合溶液中，室温下搅拌0.5～2hr得到溶液A，其中钛酸四丁酯∶无水乙醇∶冰乙酸的质量比为11.53～23.04∶51.97～65.12∶0.69～7.13；将尿素[CO(NH ₂ ) ₂ ]、水合硝酸镥[Lu(NO₃)₃·H₂O]溶于无水乙醇和去离子水中，混合搅拌得到溶液B，其中尿素∶水合硝酸镥∶无水乙醇∶去离子水的质量比为0.23～0.85∶0.01～0.61∶14.87～26.12∶0.69～3.54；将A液缓慢滴加至置于冰水浴的B液中，不断搅拌1～2h得到淡黄色的掺杂TiO₂溶胶；然后将负载有第二载体涂层的蜂窝陶瓷网浸渍于掺杂TiO₂溶胶中，采用浸渍—提拉法在第二载体表面制得湿膜，60～100℃下干燥15～20min；最后以2～4℃/min升温至550±15℃并保持1～2hr进行焙烧，即得到光催化蜂窝陶瓷网成品。

8.如权利要求7所述的Lu、N共掺杂TiO₂光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，其特征是“浸渍—提拉—干燥—焙烧”过程可重复多次，以制得所需厚度的光催化膜。