硫酸與二氧化鈦複合光催化劑及其製備方法

2023-11-06 05:51:52 1

專利名稱：硫酸與二氧化鈦複合光催化劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於硫酸與二氧化鈦複合光催化劑及其製備方法。
在所有半導體光催化劑中，TiO2被證明最適合於廣泛的環境應用。TiO2生物惰性和化學惰性，不會發生光腐蝕和化學腐蝕，而且便宜。但是，二氧化鈦光催化技術存在兩個最明顯的基本問題一是二氧化鈦只能被波長等於或小於387納米的近紫外部分所激發，而這部分光只佔太陽光的一小部分(小於5％)，因此不能充分利用太陽光。此外，光生電子空穴對容易複合，在二氧化鈦表面上光生電子空穴對的複合是在小於10-9秒的時間內完成的，因此製備高活性光催化劑的突出問題是如何減少光生電子和空穴的複合機率。
針對上述兩個問題，已有大量的文獻提出了解決方案。如《Journal of PhysicsChemistry》上報導了Choi等人提出的對二氧化鈦Q-粒子進行摻雜可以減少電子空穴對的複合，提高量子產率。與硫化鎘、三氧化鎢、三氧化鉬等半導體氧化物複合可以促使光生電子空穴對分離而提高量子產率。另外，還有大量的文獻報導了使二氧化鈦吸響應波長向可見區移動的方法。如Cr3+、Rh3+、Pb2+等摻雜，表面吸附赤蘚紅、硫堇等光敏劑。中國發明專利97181439.2公開了負載TiC提高二氧化鈦可見光吸收能力的方法。然而，這些方法難以同時既提高二氧化鈦可見光吸收能力，又減少光生電子空穴對的複合率，對有機汙染物降解的效果差。
本發明的技術方案為一種硫酸與二氧化鈦複合光催化劑，其特徵是它包括硫酸和二氧化鈦，硫酸與二氧化鈦摩爾比為1-20∶100。
上述複合光催化劑中，硫酸與二氧化鈦摩爾比優選為3-11∶100。
上述複合光催化劑中，二氧化鈦源選自二氧化鈦、硫酸氧鈦、偏鈦酸或鈦酸丁酯。
上述複合光催化劑的製備方法有如下兩種(1)浸漬法按照配方摩爾比，將二氧化鈦粉末加入到濃度0.06-0.22摩爾/升的硫酸溶液中，室溫下電磁攪拌5-8小時，在50-80℃烘乾，最後在350-550℃煅燒0.5-3小時，製得硫酸與二氧化鈦複合的光催化劑。
(2)溶膠-凝膠法按鈦酸丁酯∶無水乙醇體積比1-2∶5，將鈦酸丁酯緩慢溶解在無水乙醇中，得溶液A；按冰醋酸∶硫酸溶液∶無水乙醇體積比1∶1∶4，將冰醋酸加入濃度為0.03-1.18摩爾/升的硫酸溶液和無水乙醇中，劇烈攪拌，得溶液B；在劇烈攪拌下，將溶液A緩慢滴加到溶液B中，放置12-72小時；在50-80℃下烘乾，最後在350-550℃下煅燒0.5-3小時，製得硫酸與二氧化鈦複合的光催化劑。
本發明的優點和積極效果檢測結果表明，硫酸與二氧化鈦複合的光催化劑無游離的SO42-存在；存在兩種羥基，一種是吸附水，另一種是沒有完全與TiO2配位的硫酸上的羥基；；存在螯合雙齒SO42-和單齒SO42-。
檢測結果表明，二氧化鈦與硫酸複合後，光吸收性能提高了，增強了對可見光的吸收，光催化活性相應提高。這對於光催化法的實際應用是非常重要的。
檢測結果表明，二氧化鈦與硫酸複合後，光催化劑在350-525納米範圍內的螢光發射強度明顯地降低了。螢光發射強度降低了說明光生電子空穴對的複合率低，即光生電子空穴對得到有效分離，光催化活性相應提高。
檢測結果表明，本發明所提供的光催化劑具有可見光活性，其特點是能被波長387-510納米的可見光激發，並且由於S＝O鍵很強的誘導效應提高了Ti4+的活性，即捕獲光生電子的能力，而表面羥基或氧陰離子自由基捕獲光生空穴，從而降低光生電子空穴對的複合率。
本發明所提供的複合光催化劑，主要用於廢水、地表水、地面水、飲用水中有機汙染物或金屬離子的處理，也可用於空氣淨化、醫藥衛生、化學合成等方面。
二氧化鈦粉末，自製(溶膠-凝膠法)，銳鈦礦晶型(100)/金紅石晶型(8)(100、8分別為銳鈦礦和金紅石的主峰強度)，粒徑30納米。
分別按照摩爾百分比3、5、7、9、11，分別將4克二氧化鈦粉末，加入25毫升0.06摩爾/升、0.1摩爾/升、0.14摩爾/升、0.18摩爾/升、0.22摩爾/升的硫酸溶液中，室溫下電磁攪拌5-8小時，65℃下在乾燥箱中烘乾，最後在450℃下，煅燒1小時，製得硫酸與二氧化鈦複合的光催化劑。
這些光催化劑具有可見光活性，能被波長387-510納米的可見光激發，並且由於S＝O鍵很強的誘導效應提高了Ti4+的活性，即捕獲光生電子的能力，而表面羥基或氧陰離子自由基捕獲光生空穴，從而降低光生電子空穴對的複合率，提高了對有機汙染物降解效果。
採用同樣的方法製備摩爾比為9∶100的硫酸、二氧化鈦複合光催化劑，不同的是放置12小時，60℃下在乾燥箱中烘乾，最後在550℃煅燒1小時，製得摩爾比為9％的硫酸、二氧化鈦複合光催化劑。
檢測結果表明，這些光催化劑具有可見光活性，能被波長387-510納米的可見光激發，提高了Ti4+的活性，即捕獲光生電子的能力，而表面羥基或氧陰離子自由基捕獲光生空穴，從而降低光生電子空穴對的複合率，提高了對有機汙染物降解效果。
權利要求
1.一種硫酸與二氧化鈦複合光催化劑，其特徵是它包括硫酸和二氧化鈦，硫酸與二氧化鈦摩爾比為1-20∶100。
2.根據權利要求1中所述的複合光催化劑，其特徵是硫酸與二氧化鈦摩爾比為3-11∶100。
3.根據權利要求1中所述的複合光催化劑，其特徵是二氧化鈦源選自二氧化鈦、硫酸氧鈦、偏鈦酸或鈦酸丁酯。
4.一種權利要求1中所述的複合光催化劑的製備方法為(1)浸漬法或(2)溶膠-凝膠法。
5.根據權利要求4中所述的複合光催化劑的製備方法中的(1)浸漬法，其特徵是依次包括下列步驟按照配方摩爾比，將二氧化鈦粉末加入到濃度0.06-0.22摩爾/升的硫酸溶液中，室溫下電磁攪拌5-8小時，在50-80℃烘乾，最後在350-550℃煅燒0.5-3小時。
6.根據權利要求4中所述的複合光催化劑的製備方法中的(2)溶膠-凝膠法，其特徵是依次包括下列步驟按鈦酸丁酯∶無水乙醇體積比1-2∶5，將鈦酸丁酯緩慢溶解在無水乙醇中，得溶液A；按冰醋酸∶硫酸溶液∶無水乙醇體積比1∶1∶4，將冰醋酸加入濃度為0.03-1.18摩爾/升的硫酸溶液和無水乙醇中，劇烈攪拌，得溶液B；在劇烈攪拌下，將溶液A緩慢滴加到溶液B中，放置12-72小時；在50-80℃下烘乾，最後在350-550℃下煅燒0.5-3小時。
全文摘要
本發明涉及硫酸與二氧化鈦複合光催化劑，它包括硫酸和二氧化鈦，硫酸與二氧化鈦摩爾比為1－20∶100。本發明還涉及它的製備方法(1)浸漬法或(2)溶膠－凝膠法。本發明的複合光催化劑具有可見光活性，能被波長387－510納米的可見光激發，提高了Ti
文檔編號B01J21/06GK1472007SQ0213446
公開日2004年2月4日 申請日期2002年7月29日 優先權日2002年7月29日
發明者李新軍, 徐悅華, 王良焱, 黃琮, 張琦 申請人:中國科學院廣州能源研究所