[發(fā)明專利]一種氮和鈷共摻雜二氧化鈦的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110302467.8
• 申請(qǐng)日: 2011-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102407146A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/00
• 分類號(hào): B01J27/00;C02F1/30
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能在太陽(yáng)光照射下，使有機(jī)物光催化降解的氮和鈷共摻雜二氧化鈦的制備方法，本方法制得的氮和鈷共摻雜二氧化鈦，在太陽(yáng)光下即呈現(xiàn)出顯著的光催化效率。

背景技術(shù)

TiO₂因其無(wú)毒、價(jià)廉、性能穩(wěn)定和光催化活性高等特點(diǎn)成為最具有應(yīng)用價(jià)值的光催化劑。但TiO₂是寬帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度為3.2eV，光吸收波長(zhǎng)范圍狹窄，只能吸收波長(zhǎng)小于400nm的紫外光(占太陽(yáng)光能量的5％左右)，而對(duì)約占太陽(yáng)光能量45％的可見(jiàn)光部分(400-750nm)卻無(wú)光響應(yīng)。為此，科研人員進(jìn)行了大量的研究工作，試圖尋找到適宜的方法以減小TiO₂的禁帶寬度使其吸收光譜向可見(jiàn)光擴(kuò)展。其中離子摻雜是改善TiO₂的光吸收和光催化活性的一種有效途徑。目前所摻雜的元素涵蓋過(guò)渡金屬、稀土金屬、貴金屬、堿金屬和N、C、P、F、S等非金屬。一般認(rèn)為，適量的金屬離子摻雜，能改變TiO₂相應(yīng)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，從而使TiO₂吸收光譜擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)；摻雜離子還是光生電子和空穴的捕獲劑，可有效降低電子空穴的復(fù)合幾率，進(jìn)而使TiO₂的光催化效率提高。非金屬摻雜TiO₂的研究是繼2001年Asahi等人報(bào)道了氮替代部分氧的TiO_2-xN_x光催化劑后廣泛開(kāi)展起來(lái)的。目前N、C、P、F、S、B等元素已相繼成功地被引入到TiO₂晶格中。近年來(lái)，研究又發(fā)現(xiàn)，金屬-非金屬雙元素的協(xié)同效應(yīng)比單個(gè)元素?fù)诫s更能增強(qiáng)二氧化鈦光催化活性，因此金屬-非金屬元素的共摻雜研究引起關(guān)注，如中國(guó)專利CN1712129(葛昌純等人)利用溶膠-凝膠法合成金屬離子與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑，以主波長(zhǎng)在545nm的2U節(jié)能燈為光源，室溫下使10毫克/升的甲基橙或亞甲基藍(lán)溶液脫色降解；中國(guó)專利CN101130160、CN101108336(曹亞安等人)采用水解沉淀法分別制備出氮銦共摻雜和氮錫共摻雜納米二氧化鈦光催化劑，在可見(jiàn)光照射下對(duì)氯苯酚的降解率為78.43％和49.1％；中國(guó)專利CN101596457(凌欽才等人)采用溶膠-凝膠法制備硼和過(guò)渡金屬或稀土金屬或非金屬共摻雜的二氧化鈦光催化劑，經(jīng)濾波片(410nm)濾過(guò)的光源照射，有機(jī)物降解率最高達(dá)60.3％；中國(guó)專利200910151938.2，中國(guó)專利CN101559368(張禮知等人)利用噴霧熱解法在500～700℃溫度下制備出硼鎳共摻雜二氧化鈦固溶體催化材料；中國(guó)專利CN101474556(王宏志等人)通過(guò)溶膠-凝膠法制備出氟、鑭共摻雜的納米二氧化鈦可見(jiàn)光光催化劑，可見(jiàn)光下有機(jī)物降解率最高大82.3％；中國(guó)專利CN101475214(李國(guó)華)則采取水解沉淀-固相球磨的方法制備出摻鐵摻氮納米二氧化鈦粉體，但未給出光催化效率數(shù)據(jù)等。

盡管現(xiàn)有技術(shù)表明金屬-非金屬元素共摻雜二氧化鈦在可見(jiàn)光下對(duì)有機(jī)物表現(xiàn)出一定程度的光催化降解性能，但光催化輻射光多為人工光源，如光強(qiáng)度大且波長(zhǎng)可調(diào)的300W鹵素?zé)?，卻鮮有研究報(bào)道直接給出太陽(yáng)光下的光催化性能。這是因?yàn)槎趸伒墓獯呋阅艹耸艿奖旧硇再|(zhì)影響外，還受到光強(qiáng)的影響。而太陽(yáng)光包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光兩部分，在光照度不強(qiáng)情況下，金屬-非金屬摻雜二氧化鈦的光催化效率則會(huì)大幅度降低，而這也是制約二氧化鈦光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展的主要因素。為此，針對(duì)當(dāng)前能源緊張問(wèn)題，充分利用太陽(yáng)光源，使污染物在太陽(yáng)光下被光催化降解，是緩解環(huán)境能源問(wèn)題，促進(jìn)光催化技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的二氧化鈦低太陽(yáng)光催化效率的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種氮和鈷共摻雜納米二氧化鈦的制備方法，所制得的氮和鈷共摻雜納米二氧化鈦，在太陽(yáng)光下即呈現(xiàn)出顯著的光催化效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種氮和鈷共摻雜二氧化鈦的制備方法，表面活性劑在去離子水中完全溶解后，調(diào)節(jié)pH值為9～10，然后加入金屬鹽攪拌至完全溶解后，滴加鈦酸四丁酯產(chǎn)生沉淀，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)至沉淀不增加后過(guò)濾分離沉淀，真空干燥后再500～600℃焙燒2～6小時(shí)，焙燒后的物質(zhì)與含氮化合物分別置于兩個(gè)容器內(nèi)并在同一個(gè)馬弗爐內(nèi)100～450℃焙燒2～4小時(shí)后得到氮和鈷共摻雜二氧化鈦，所述的金屬鹽為鈷的乙酸鹽。

所述的表面活性劑是十六烷基三甲基溴化銨。

所述的金屬鹽是乙酸鈷。

所述的pH值是用氨水調(diào)節(jié)。

所述的含氮化合物為脲。

所述的金屬鹽和鈦酸四丁酯按化學(xué)計(jì)量比加料。