鉑、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法
2023-06-10 04:55:36 1
專利名稱：鉑、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法
技術領域：
本發明屬於活性炭負載型催化劑製備技術領域，主要涉及一種可見光響應的液體染料脫色用負載型光催化劑的製備方法。
背景技術：
半導體TiO2是目前使用最多的光催化劑，具有無毒、廉價、性能穩定等優點。然而， TiO2是寬帶半導體，只有在佔地球表面太陽光的3% 4%的紫外光下才具有催化活性，同時，TiO2又具有對低濃度汙染物催化活性低、懸浮體系中的粉末極易團聚且不易回收等缺點，這些缺點都限制了 TiO2的實際應用。如果將TW2負載在多孔載體上，可以起到吸附與催化氧化相互協同作用，實現目標汙染物在TiO2周圍的富集，提高光催化效率，同時也解決了回收困難的問題。通過摻雜金屬離子或非金屬離子可以提高TiO2的光催化活性，有些金屬離子和非金屬原子的摻雜可以通過改變禁帶寬度使T^2在可見光下表現出一定的光催化活性。目前，對活性炭負載TiO2體系的離子摻雜結構在氣相降解領域有較多研究，在液相汙染領域還未能解決可見光催化問題，普遍存在催化活性低的缺點。
發明內容
為了解決現有技術存在的活性炭負載TiA體系的離子摻雜結構在液相汙染領域催化活性低的問題，本發明提供了一種鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，製備得到的活性炭在可見光具有良好的催化效果，可以應用於液相催化領域。本發明的技術方案為一種鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，步驟為
將鈦酸四丁酯加入無水乙醇中，攪拌均勻後滴入蒸餾水中，然後加入乙醯丙酮和聚乙二醇並調節PH值為2 3，強烈攪拌直至水解完全得澄清透明溶膠；在攪拌下加入尿素，反應後加入經過水洗、烘乾後活性炭繼續攪拌，然後經超聲分散後經過常規的靜置、過濾、洗滌、乾燥、焙燒步驟後得到氮摻雜的活性炭負載型TiO2光催化劑；將氮摻雜的活性炭負載型 TiO2光催化劑通過等體積浸漬法以氯鉬酸溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原後進行烘乾，得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑。按照體積比鈦酸四丁酯無水乙醇蒸餾水乙醯丙酮聚乙二醇=12. 5 45 :100 10 :2，質量比鈦酸四丁酯尿素=1. 6的比例投加原料。所用活性炭的量按照鈦酸四丁酯活性炭=1. 3 (質量比)。焙燒溫度為400 600°C。
靜置時間為M h。
有益效果
1.採用溶膠-凝膠法，通過共摻雜實現Pt / N /TiO2在活性炭上面的負載，製備負載型光催化劑，提高了光催化降解率，解決了回收難的問題，同時對可見光有一定響應，在可見光下即可對液相亞甲基藍染料有很好的降解效果。。2.本製備方法操作方便，設備簡單，易於推廣。
圖1為本發明的亞甲基藍溶液光催化降解反應裝置圖。其中1空氣入口，2冷凝水入口，3光源，4磁力攪拌器，5冷凝水出口，6取樣口，7 氣體出口，8亞甲基藍溶液
圖2是本發明製備的催化劑的XRD圖。圖3是本發明製備的催化劑的SEM圖。圖4 Pt / N /TiO2的紫外可見吸收光譜圖。圖5是本發明製備的催化劑對亞甲基藍溶液降解率圖。
具體實施例方式本發明提供一種可見光響應的液體染料脫色用鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，以解決液相光催化效率低以及光催化劑回收的問題，具體步驟如下
1)將12.5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴入IOOmL 蒸餾水中，同時加入IOmL乙醯丙酮以及時2mL聚乙二醇，並用lmol/L的鹽酸調節至pH為 2. 0-3. 0，強烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的膠體溶液；
2)將1)中製得的TW2溶膠在磁力攪拌下加入尿素7.6g，反應30min後加入經過水洗、 烘乾後的活性炭繼續攪拌lh，超聲20 min,靜置24h後過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數次，將負載後的活性炭在120°C下乾燥2h，然後於400 600°C下焙燒濁，通過控制焙燒溫度而得到不同氮摻雜量的活性炭負載型T^2光催化劑；
3)將氮摻雜的納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸溶液(5g/L)浸漬後，加入硼氫化鈉還原，一定時間後進行烘乾，得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑。於可見光條件下，在如圖1所示的液相光催化反應裝置中，降解亞甲基藍溶液，通過反應前後溶液吸光度計算降解率以考察所製得催化劑的光催化性能。所用的液相光催化反應裝置外觀結構上與市面上供紫外光催化反應用的夾套式反應器相同，但是內膽採用濾紫外玻璃材料，另外，採用350W氙燈作用光源，因此在傳統的夾套式反應器的基礎上，於放置光源的的玻璃管底部增設一個空氣入口以攜帶光源產生的熱量。實驗開始時，先開啟磁力攪拌器，使催化劑在避光條件下預吸附Ih後，開啟冷凝水和空氣泵，然後打開光源進行光催化反應。
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圖2是本發明製備的催化劑的XRD圖，其在25 °附近出現明顯的衍射峰，說明製得的光催化劑晶型為銳鈦礦型；
圖3是本發明製備的催化劑的SEM圖，由圖中可以看出，納米TiO2在活性炭的表面呈現出比較均勻的分布；
圖4是Pt / N /TiO2的紫外可見吸收光譜圖，由圖可知，鉬、氮共摻雜的納米TiO2仍然在紫外光區有很好的吸收作用，同時在可見光區較單一的TiO2也表現明顯的吸收作用， 這也是所製備得到的催化劑對可見光具有一定響應的直接原因；
圖5是本發明製備的催化劑對亞甲基藍溶液的降解率圖，實驗證明，當亞甲基藍溶液初始濃度為10mg/L，光催化反應進行6 h後，降解率可達94%。 實施例1
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時加入IOmL乙醯丙酮以及時2mL聚乙二醇，並用lmol/L的鹽酸調節至pH為 2. 0-3.0，強烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而後加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時加入尿素7. 6g，攪拌Ih後超聲20 min，淨漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數次。將負載後的活性炭在120°C下乾燥2h，於400°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負載型納米TiA通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質量分數為1%稱取)溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原，一定時間後得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對亞甲基藍溶液的光催化降解率為75. 7%。實施例2
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時加入IOmL乙醯丙酮以及時2mL聚乙二醇，並用lmol/L的鹽酸調節至pH為 2. 0-3.0，強烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而後加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時加入尿素7. 6g，攪拌Ih後超聲20 min，淨漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數次。將負載後的活性炭在120°C下乾燥2h，於450°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負載型納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質量分數為1%稱取)溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原，一定時間後得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對亞甲基藍溶液的光催化降解率為94. 1%。實施例3
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時加入IOmL乙醯丙酮以及時2mL聚乙二醇，並用lmol/L的鹽酸調節至pH為 2. 0-3.0，強烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而後加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時加入尿素7. 6g，攪拌Ih後超聲20 min，淨漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數次。將負載後的活性炭在120°C下乾燥2h，於500°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負載型納米TiA通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質量分數為1%稱取)溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原，一定時間後得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對亞甲基藍溶液的光催化降解率為90. 4%。實施例4
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時加入IOmL乙醯丙酮以及時2mL聚乙二醇，並用lmol/L的鹽酸調節至pH為 2. 0-3.0，強烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而後加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時加入尿素7. 6g，攪拌Ih後超聲20 min，淨漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數次。將負載後的活性炭在120°C下乾燥2h，於550°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負載型納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質量分數為1%稱取)溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原，一定時間後得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對亞甲基藍溶液的光催化降解率為57. 7%。實施例5
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時加入IOmL乙醯丙酮以及時2mL聚乙二醇，並用lmol/L的鹽酸調節至pH為 2. 0-3.0，強烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而後加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時加入尿素7. 6g，攪拌Ih後超聲20 min，淨漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數次。將負載後的活性炭在120°C下乾燥2h，於450°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負載型納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質量分數為0. 5%稱取)溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原，一定時間後得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對亞甲基藍溶液的光催化降解率為82. m。
權利要求
1.一種鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於，步驟為將鈦酸四丁酯加入無水乙醇中，攪拌均勻後滴入蒸餾水中，然後加入乙醯丙酮和聚乙二醇並調節pH值為2 3，強烈攪拌直至水解完全得澄清透明溶膠；在攪拌下加入尿素，反應後加入經過水洗、烘乾後活性炭繼續攪拌，然後經超聲分散後經過常規的靜置、過濾、洗滌、乾燥、焙燒步驟後得到氮摻雜的活性炭負載型TiO2光催化劑；將氮摻雜的活性炭負載型 TiO2光催化劑通過等體積浸漬法以氯鉬酸溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原後進行烘乾，得到鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑。
2.如權利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法， 其特徵在於，按照體積比鈦酸四丁酯無水乙醇蒸餾水乙醯丙酮聚乙二醇=12.5 :45 100 10 :2，質量比鈦酸四丁酯尿素=1. 6的比例投加原料。
3.如權利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於，所用活性炭的量按照鈦酸四丁酯活性炭=1. 3 (質量比)。
4.如權利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於，焙燒溫度為400 600°C。
5.如權利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於，靜置時間為M h。
全文摘要
本發明公開了一種鉑、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑的製備方法，將鈦酸四丁酯加入無水乙醇中,攪拌一段時間後緩慢滴人蒸餾水中，加入乙醯丙酮以及聚乙二醇並調節pH值，強烈攪拌使其水解完全，得澄清透明溶膠；在攪拌下加入尿素，反應後加入處理好的活性炭繼續攪拌，然後經超聲分散、靜置、過濾、洗滌、乾燥後焙燒得到氮摻雜的活性炭負載型TiO2光催化劑；將氮摻雜的活性炭負載型TiO2光催化劑用氯鉑酸溶液浸漬後，加入硼氫化鈉還原後進行烘乾，得到鉑、氮共摻雜活性炭負載型二氧化鈦光催化劑。本發明解決了懸浮體系中二氧化鈦光催化劑回收難的問題，進一步提高其對液相染料的光催化效率，同時在可見光條件下有較強的響應。
文檔編號C02F1/30GK102211033SQ20111009392
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者盧辛成, 孫康, 崔丹丹, 蔣劍春 申請人:中國林業科學研究院林產化學工業研究所