[發(fā)明專(zhuān)利]釩-氮共摻雜TiO2光催化劑的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110146031.4
• 申請(qǐng)日: 2011-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102294256A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安興才;韓立娟;陳作雁;劉剛;喜文華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 甘肅省科學(xué)院自然能源研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/24
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/24;A62D3/30;A62D101/28
• 代理公司: 甘肅省知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種釩-氮共摻雜TiO₂光催化劑的制備方法，屬于光催化材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

應(yīng)用半導(dǎo)體光催化劑降解有機(jī)污染物具有反應(yīng)溫和、高效、操作簡(jiǎn)便、易控以及環(huán)境友好等特性，日益受到人們的關(guān)注。在目前廣泛研究的半導(dǎo)體光催化材料中，TiO₂由于具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿性好、無(wú)毒性、來(lái)源豐富、成本低、催化性能好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的一種光催化劑。但由于TiO₂的禁帶寬度為3.0-3.2eV，僅能吸收紫外光，而紫外光在太陽(yáng)光中僅在7%，因此開(kāi)發(fā)在太陽(yáng)光下具有高催化活性的光催化劑將會(huì)促進(jìn)光催化材料的實(shí)際應(yīng)用，并使光催化技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，對(duì)于提高太陽(yáng)光下及可見(jiàn)光下的TiO₂光催化材料的光催化性能的研究很多。提高TiO₂光催化劑對(duì)太陽(yáng)光的利用率及可見(jiàn)光光催化活性的主要改性方法有：有機(jī)物敏化、半導(dǎo)體復(fù)合、非金屬摻雜、金屬摻雜、共摻雜等。其中具有協(xié)同作用的兩種元素共摻雜TiO₂可以大幅度提高其在紫外光區(qū)和可見(jiàn)光光區(qū)的光催化活性。

目前，制備共摻雜TiO₂最常用的方法主要為溶膠凝膠法。在溶膠-凝膠法中，溶膠的合成有兩種方法，分別為聚合法和顆粒法。顆粒法和聚合法主要區(qū)別在用水量的不同，聚合法中的用水量為不足量，鈦酸酯類(lèi)在不足量水中緩慢聚合生成凝膠，這個(gè)過(guò)程需要較為苛刻的合成環(huán)境，而顆粒法中使用了過(guò)量的水，鈦酸酯類(lèi)能夠充分水解，不需要苛刻的合成環(huán)境。可見(jiàn)，顆粒法較聚合法工藝簡(jiǎn)單易控，容易推廣應(yīng)用。目前，人們所采用的溶膠凝膠法一般為聚合法合成的溶膠，采用顆粒法合成溶膠的報(bào)道很少，尚沒(méi)有采用顆粒法制備釩-氮共摻雜TiO₂的報(bào)道。

在顆粒法合成釩氮共摻雜TiO₂的方法中，常規(guī)方法是將釩源及氮源加入水溶液中，然后將鈦前驅(qū)物和醇類(lèi)溶劑的混合液滴入水溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，這種方法存在著摻雜物質(zhì)容易只附著于表面，沒(méi)有進(jìn)入到TiO₂的內(nèi)部，從而使此種方法合成出的光催化劑具有催化性能不穩(wěn)定、光催化活性差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)存在的問(wèn)題，提供一種釩氮共摻雜TiO₂光催化劑的制備方法。

本發(fā)明釩-氮共摻雜TiO₂光催化劑的制備方法，是將釩源充分溶于鈦酸丁酯、乙醇、二乙醇胺的混合相中，于室溫下攪拌，使混合液為黃色透明溶液；在強(qiáng)力攪拌下，于冰水浴下，將上述混合液逐加入到乙酸與水的混合液中，攪拌反應(yīng)1～3h，反應(yīng)液呈半透明溶膠；再將半透明溶膠置于溫度為308K～348K的水浴鍋中陳化12～48h；然后于353K～393K下烘干；烘干后的固體研磨至100目以下；于573K～873K下煅燒1～6h，煅燒后的粉末再次研磨至100目以下，得釩-氮共摻雜TiO₂。

為了使釩源更好的溶解，將釩源充分溶于鈦酸丁酯、乙醇、二乙醇胺的混合相后，再加入混合相摩爾百分?jǐn)?shù)0.1～10%的助溶劑，于室溫下攪拌，使混合液為黃色透明溶液。其中，助溶劑為濃度0.01～1mol/L的鹽酸、硫酸或乙酸。

所述釩源為偏釩酸銨、四氯化釩、五氯化釩或硝酸釩。

所述鈦酸丁酯、乙醇、二乙醇胺的混合相中，鈦酸丁酯、乙醇、二乙醇胺的摩爾比為1:1:0.01～1:40:1。

所述釩源在鈦酸丁酯、乙醇、二乙醇胺的混合相中的摩爾百分?jǐn)?shù)為0.01～0.5%。

所述乙酸與水的混合液中，乙酸與去離子水的體積比為1:5～1:50；乙酸的用量為鈦酸丁酯摩爾量的5~50倍。

下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明制備的釩-氮共摻雜TiO₂（V-N-TiO₂）光催化劑的催化性能進(jìn)行測(cè)試。

儀器：?XPA-7型光催化反應(yīng)器（南京胥江機(jī)電廠）

測(cè)試方法

分別將光催化劑加入濃度為50～60ppm的苯酚溶液中，磁力攪拌和氧氣（流量為0.6～1ml/min）曝氣下，暗反應(yīng)攪拌30min，啟動(dòng)燈源（800W氙燈）并開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別于3h、6h取樣5ml，離心分離后，測(cè)定清液中苯酚的濃度，并根據(jù)反應(yīng)后清液中苯酚的濃度和苯酚初始濃度的變化，計(jì)算光催化劑對(duì)苯酚的去除率（并以常規(guī)方法合成的V-N-TiO₂為參比）。

測(cè)試結(jié)果：