[發明專利]一種釓摻雜二氧化鈦球形光催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210247942.0
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102784636A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 柴瑜超;林琳;趙斌;余震;何丹農
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及納米材料二氧化鈦復合改性的制備領域，具體地說，涉及一種釓摻雜二氧化鈦球形光催化劑的制備方法。

背景技術

在納米材料研究領域中，納米二氧化鈦作為一種功能性半導體材料，在環境保護、光電轉換、涂料行業和工業催化等領域有著極為廣泛的用途。納米二氧化鈦材料具有價廉無毒、粒徑小、粒子團聚少、形貌均一穩定、能夠再循環利用等優點而在污水處理、空氣凈化方面備受青睞。

然而二氧化鈦的帶隙較寬(3.23電子伏)，只能被波長較短的紫外光(λ<387.5納米)激發，而紫外光在自然光中的相對含量較少，僅占3%～5%，故對太陽能的利用率很低；而且由于光激發產生的電子與空穴的復合，導致光量子效率很低，極大地限制了二氧化鈦的應用范圍。因此各國科研工作者開始對其光催化劑進行改性研究以提高激發電荷分離，抑制載流子復合，擴大其作用的光譜范圍，改變產物的選擇性或產率，提高光催化材料的穩定性等。

研究發現，稀土金屬離子具有獨特的4f電子結構，可在二氧化鈦中引起晶格畸變，材料表面吸附的羥基增多，易于產生羥基自由基；晶格氧易于脫離，即易于形成氧缺位；稀土元素增強了催化劑對反應物的吸附能力；此外，稀土離子引入二氧化鈦晶格后，可在二氧化鈦的禁帶中引入雜質能級，減少禁帶寬度，從而拓寬二氧化鈦的光譜吸收范圍。近年來，有關稀土元素對二氧化鈦進行摻雜改性的研究也取得了關鍵性進展，但仍存在很大的研究空間。

目前涉及溶膠-凝膠法的二氧化鈦光催化劑的制備多數是配置兩種A、B溶液，再將該兩種溶液緩慢混合，發生水解反應獲得所需溶膠或凝膠，其工藝較為復雜，且在兩種溶液混合過程中，混合速度不易控制又易造成原料浪費。

如孟前進、李巧玲所發表的TiO₂粉體的溶膠-凝膠法制備及表征一文中（《化工技術與開發》2009年第12期）所涉及的溶膠凝膠法，其具體工藝是以鈦酸四丁酯為前驅物，無水乙醇為溶劑，冰乙酸為抑制劑，包括如下步驟：(1)將一定量的去離子水、1/3的無水乙醇混合配成A溶液；(2)將一定量的鈦酸四丁酯和冰乙酸，在快速攪拌下緩慢加入2/3的無水乙醇中，配成B液；(3)在快速攪拌下，將A溶液緩緩滴入B溶液，得到均勻透明溶液；待凝膠形成后，停止攪拌，在空氣中放置、陳化12h以上；(4)在80℃的恒溫條件下對凝膠進行干燥2h，得到黃色晶體；(5)將晶體研磨后得到白色粉末，放入馬弗爐中，高溫煅燒一定時間，得到白色的TiO₂粉體。本發明與該文獻中的制備工藝相比，其涉及的技術依據基本相同，但明顯簡化了其具體的實施步驟，例如取消了冰乙酸抑制劑的添加；并將A、B兩種反應溶液簡化成一種反應溶液，減少不必要的原料浪費；另外，本發明中不需等待凝膠的形成和陳化，可直接將反應溶液置于烘箱中烘干，以更快地獲得產物。本發明中添加的稀土元素釓，可以極大地提高其二氧化鈦光催化劑的各方面性質，如減小晶粒尺寸和加快光催化反應等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種釓摻雜二氧化鈦球形光催化劑的制備方法,將稀土元素釓粒子均勻地、高分散性地負載在二氧化鈦內部或表面，并簡化制備工藝和流程。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明所述的一種釓摻雜二氧化鈦球形光催化劑的制備方法，該方法將鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中，并在攪拌過程中加入硝酸、硝酸釓以及蒸餾水，攪拌使離子充分進入二氧化鈦內部或表面后，烘干，研磨成粉。將得到的粉末在馬弗爐中煅燒，即可得到稀土元素釓摻雜的納米二氧化鈦光催化劑。

進一步的，本發明上述方法具體步驟如下：

（1）將鈦酸四丁酯、無水乙醇、硝酸配成混合溶液，進行攪拌。

（2）在上述溶液中加入硝酸釓，攪拌使之完全溶解。

（3）將去離子水加入到上述（2）所得溶液中，在鈦酸四丁酯快速水解的同時劇烈攪拌使之混合均勻。

（4）將所得混合溶液置于恒溫干燥箱中進行干燥。

（5）研磨所得產物，在馬弗爐中進行煅燒，即得到釓離子摻雜的納米二氧化鈦光催化劑。

所述步驟（1）中，無水乙醇的加入量為鈦酸四丁酯的6~8倍。

所述步驟（1）中，加入的硝酸與鈦酸四丁酯的體積比為0.1毫升/毫升，硝酸質量分數為65-68％。

所述步驟（2）中，硝酸釓的加入量按釓離子與二氧化鈦的摩爾百分比進行計量，加入量為0.2%~2.0%。

所述步驟（3）中，去離子水與鈦酸四丁酯的體積比為0.25毫升/毫升~0.5毫升/毫升。