黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法

2023-05-07 02:17:26 3

黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法
【專利摘要】黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，它涉及一種可見光光催化劑的製備方法。本發明是要解決現有方法製備的二氧化鈦對太陽光的利用率低及二氧化鈦作為催化劑的晶化度低的技術問題。本方法：一、試劑的混合；二、油浴；三、乾燥；四、熱處理；五、球磨；六、煅燒；七、洗滌乾燥。本發明製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑可有效去除有機汙染物，去除率可達100％，且礦化度達100％。且比同類的黑色二氧化鈦製備的過程中，無嚴苛的反應條件且反應效率提高2倍。本發明屬於光催化劑的製備領域。
【專利說明】黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可見光光催化劑的製備方法。

【背景技術】
[0002]環境汙染已經嚴重影響到人類的生產生活，尤其是對水體的汙染，已造成了水生生物的大量死亡，並在生物鏈中進行富集。因此，環境和能源成為人們關注的焦點。半導體光催化是一種深度氧化技術，在處理汙水領域具有獨特的優勢，因而近年來收到格外關注。二氧化鈦因價廉、無毒和優異的光、電性能而廣泛應用。然而，傳統的納米二氧化鈦因其較低的比表面積和較快的光生電荷複合速率而限制了其性能的提高。此外，銳鈦礦二氧化鈦具有較寬的帶隙(3.2而寬度，只能吸收紫外光，而紫外光只佔到太陽能總能量的約5%，因此，對太陽光的利用率較低。人們採用摻雜、複合等手段來拓展二氧化鈦的光響應範圍，提高了對可見光的吸收能力，但是效果並不明顯。黑色的二氧化鈦可以大大增強對可見光和紅外光的吸收。大量的晶格無序將會產生不同於單缺陷晶體的中間態，這些中間態能連續分布並與導帶邊重疊，因此它們經常被稱為帶尾態0^11(1仏11 ^社⑶)，大量的晶格無序將帶尾態融入到價帶，這些延伸的能帶結合摻雜產生的能級成為光激發中心。


【發明內容】

[0003]本發明是要解決現有方法製備的二氧化鈦對太陽光的利用率低及二氧化鈦作為催化劑的晶化度低的技術問題，提供一種黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法。
[0004]黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法按照以下步驟進行:
[0005]一、試劑的混合:
[0006]將銳鈦礦型二氧化鈦加入到乙二胺的水溶液中，其中銳鈦礦型二氧化鈦與乙二胺的質量比為1:40-100，攪拌10-60111111，並調節邱值為10-12，得到混合液；
[0007]二、油浴:將混合液在80-1201油浴的條件下，冷凝回流12-4811 ；
[0008]三、乾燥:將步驟二所得的溶液，用離心機分離，將沉澱物去離子水衝洗2-8次，然後在40-801的條件下保持12-3611，得粉末；
[0009]四、熱處理:將粉末研磨均勻，在空氣氣氛下以2。。/-11的速度升溫至60000 -10001並保溫211-611，冷卻至室溫，得粉體；
[0010]五、球磨:將粉體與硼氫化鈉按質量比為1:3-8的比例混合研磨10-40111111，再放入球磨機中球磨10-30111111 ；
[0011]六、煅燒:將步驟五球磨後的粉體在惰性氣體氣氛下以21加化-101加化的速度升溫至1501 -4501並保持30-150111111，冷卻至室溫；
[0012]七、洗滌乾燥:將步驟六得到的粉體分別用乙醇、去離子水洗4-6次，離心分離，將粉體轉入乾燥箱，在60-801保持12-361！，即得黑二氧化鈦可見光光催化劑。
[0013]步驟一中所述的銳鈦礦型二氧化鈦為？25型二氧化鈦、介孔二氧化鈦、球形二氧化鈦或棒狀二氧化鈦。
[0014]步驟六中所述的惰性氣體為氬氣、氮氣或氖氣。
[0015]本發明製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑可有效去除有機汙染物，去除率可達100%，且礦化度達100%，在可見光條件照射下對苯酚，亞甲基藍，甲基橙，羅丹明8等汙染物去除率可以達到98%以上，且礦化率均在97%以上。且比同類的黑色二氧化鈦製備的過程中，無嚴苛的反應條件且反應效率提高2倍。
[0016]本發明製備的有高晶化度的黑二氧化鈦可見光催化劑，具有高穩定性好，吸附性、光催化活性高、環保的優點，產品可以直接反覆利用。本發明方法製備工藝簡單，設備簡單，成本低，效益高，易於實現商業化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑的乂即圖。
[0018]圖2為實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑與？25型二氧化鈦的紫外可見漫反射光譜的對比圖，圖中3表示？25型二氧化鈦的紫外可見漫反射光譜圖，6表示實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑的紫外可見漫反射光譜圖。
[0019]圖3為實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑的照片；
[0020]圖4為？25型二氧化鈦粉體的照片。

【具體實施方式】
[0021]本發明技術方案不局限於以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0022]【具體實施方式】一:本實施方式黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法按照以下步驟進行:
[0023]—、試劑的混合:
[0024]將銳鈦礦型二氧化鈦加入到乙二胺的水溶液中，其中銳鈦礦型二氧化鈦與乙二胺的質量比為1:40-100，攪拌10-60111111，並調節邱值為10-12，得到混合液；
[0025]二、油浴:將混合液在80-1201油浴的條件下，冷凝回流12-4811 ；
[0026]三、乾燥:將步驟二所得的溶液，用離心機分離，將沉澱物去離子水衝洗2-8次，然後在40-801的條件下保持12-3611，得粉末；
[0027]四、熱處理:將粉末研磨均勻，在空氣氣氛下以2。。/-11的速度升溫至60000 -10001並保溫211-611，冷卻至室溫，得粉體；
[0028]五、球磨:將粉體與硼氫化鈉按質量比為1:3-8的比例混合研磨10-40111111，再放入球磨機中球磨10-30111111 ；
[0029]六、煅燒:將步驟五球磨後的粉體在惰性氣體氣氛下以21加化-101加化的速度升溫至1501 -4501並保持30-150111111，冷卻至室溫；
[0030]七、洗滌乾燥:將步驟六得到的粉體分別用乙醇、去離子水洗4-6次，離心分離，將粉體轉入乾燥箱，在60-801保持12-361！，即得黑二氧化鈦可見光光催化劑。
[0031]本實施方式中所述的銳鈦礦型二氧化鈦加入到乙二胺的水溶液中前研磨10-301111110
[0032]本實施方式步驟四中熱處理所用的裝置是馬弗爐、管式爐、微波爐或電熱爐。
[0033]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是所述的銳鈦礦型二氧化鈦為？25型二氧化鈦、介孔二氧化鈦、球形二氧化鈦或棒狀二氧化鈦。其它與【具體實施方式】一相同。
[0034]本實施方式中所述的介孔二氧化鈦為化1102或3-1102。
[0035]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同的是步驟一中銳鈦礦型二氧化鈦與乙二胺的質量比為1:50-80。其它與【具體實施方式】一或二之一相同。
[0036]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟二中油浴溫度為90-1101，回流時間18-301！。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0037]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟三中在溫度為50-701的條件下保持18-30小時。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0038]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟四中在空氣氣氛下以61 /111111的速度升溫至7001 -9001並保溫211-611。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0039]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是步驟五中將粉體與硼氫化鈉按質量比為1:3-5的比例混合研磨15-25111111，再放入球磨機中球磨15-251111110其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0040]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是步驟六中所述的惰性氣體為氬氣、氮氣或氖氣。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0041]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是步驟六中將步驟五球磨後的粉體在惰性氣體氣氛下升溫至300-4501並保持60-120-！！，冷卻至室溫。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0042]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是步驟六中將步驟七中在701保持201其它與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0043]採用下述實驗驗證本發明效果:
[0044]實驗一:
[0045]黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法按照以下步驟進行:
[0046]一、試劑的混合:
[0047]將銳鈦礦型二氧化鈦15111111後加入到乙二胺的水溶液中，其中銳鈦礦型二氧化鈦與乙二胺的質量比為1:60，攪拌300111，並調節邱值為11，得到混合液；
[0048]二、油浴:將混合液在90-1001油浴的條件下，冷凝回流2411 ；
[0049]三、乾燥:將步驟二所得的溶液，用離心機分離，將沉澱物去離子水衝洗4次，然後在601的條件下保持2411，得粉末；
[0050]四、熱處理:將粉末研磨均勻，在空氣氣氛下以51 的速度升溫至8001並保溫211-611，冷卻至室溫，得粉體；
[0051]五、球磨:將粉體與硼氫化鈉按質量比為1:5的比例混合研磨30111111，再放入球磨機中球磨30111111 ；
[0052]六、煅燒:將步驟五球磨後的粉體在惰性氣體氣氛下以51、化的速度升溫至4001並保持90111111，冷卻至室溫；
[0053]七、洗滌乾燥:將步驟六得到的粉體分別用乙醇、去離子水洗4次，離心分離，將粉體轉入乾燥箱，在601保持烘乾，即得黑二氧化鈦可見光光催化劑。
[0054]圖1為實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑的乂即圖，分析的可以看出進過高溫煅燒後材料的晶化成度得到了很大的提高，
[0055]圖2為實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑與？25型二氧化鈦的紫外可見漫反射光譜的對比圖，經過對圖譜分析，？25型二氧化鈦在可見光範圍內基本沒有光響應，而黑二氧化鈦可見光光催化劑在可見光區域有著非常好的光響應，在波長為600— 80011111的可見光響應甚至超過材料自身在紫外光範圍內的光相應。
[0056]圖3與圖4為實驗一製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑與？25型二氧化鈦粉體的顏色對比圖，從圖3與圖4的對比可以發現經過實驗一處理後的粉體顏色由白色變為黑色，顏色發生了明顯變化。
[0057]本實驗製得的黑二氧化鈦可見光光催化劑可有效去除有機汙染物，去除率可達100%，且礦化度達100%，在可見光條件照射下對苯酚，亞甲基藍，甲基橙，羅丹明8等汙染物去除率可以達到98%以上，且礦化率均在97%以上。
【權利要求】
1.黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法按照以下步驟進行: 一、試劑的混合: 將銳鈦礦型二氧化鈦加入到乙二胺的水溶液中，其中銳鈦礦型二氧化鈦與乙二胺的質量比為1:40-100，攪拌10-60min，並調節pH值為10-12，得到混合液； 二、油浴:將混合液在80-120°C油浴的條件下，冷凝回流12-48h； 三、乾燥:將步驟二所得的溶液，用離心機分離，將沉澱物去離子水衝洗2-8次，然後在40-80°C的條件下保持12-36h，得粉末； 四、熱處理:將粉末研磨均勻，在空氣氣氛下以2°C/min-10°C /min的速度升溫至600°C -1000°C並保溫2h-6h，冷卻至室溫，得粉體； 五、球磨:將粉體與硼氫化鈉按質量比為1:3-8的比例混合研磨10-40min,再放入球磨機中球磨10_30min ； 六、煅燒:將步驟五球磨後的粉體在惰性氣體氣氛下以2°C/min-10°C /min的速度升溫至150°C _450°C並保持30-150min，冷卻至室溫； 七、洗滌乾燥:將步驟六得到的粉體分別用乙醇、去離子水洗4-6次，離心分離，將粉體轉入乾燥箱，在60-80°C保持12-36h，即得黑二氧化鈦可見光光催化劑。
2.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟一中所述的銳鈦礦型二氧化鈦為P25型二氧化鈦、介孔二氧化鈦、球形二氧化鈦或棒狀二氧化鈦。
3.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟一中銳鈦礦型二氧化鈦與乙二胺的質量比為1:50-80。
4.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟二中油浴溫度為90-110°C，回流時間18-30h。
5.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟三中在溫度為50-70°C的條件下保持18-30小時。
6.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟四中在空氣氣氛下以6°C /min的速度升溫至700°C _900°C並保溫2h_6h。
7.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟五中將粉體與硼氫化鈉按質量比為1:3-5的比例混合研磨15-25min,再放入球磨機中球磨15-25min。
8.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟六中所述的惰性氣體為氬氣、氮氣或氖氣。
9.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟六中將步驟五球磨後的粉體在惰性氣體氣氛下升溫至300-450°C並保持60-120min，冷卻至室溫。
10.根據權利要求1所述黑二氧化鈦可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟六中將步驟七中在70°c保持20h。
【文檔編號】B01J21/06GK104437449SQ201410752139
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】邢子鵬, 張航, 張琳琳, 張妍, 周衛, 劉春濤 申請人:黑龍江大學