[發(fā)明專利]一種可見光響應(yīng)黑色二氧化鈦光催化劑的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310052983.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN103130267A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廉孜超;蔣亮亮;肖舒寧;李貴生;李和興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G23/053
• 分類號(hào): C01G23/053;B01J21/06;C02F1/30;C02F1/58
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳瑾瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)型光催化劑的制備方法，具體為一種可見光響應(yīng)黑色二氧化鈦光催化劑的制備方法。合成利用溶劑熱法一步制得，所得催化劑具有高效降解低濃度有機(jī)染料的優(yōu)良性能，并對(duì)酚類污水降解有著較好效果。

背景技術(shù)

隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，環(huán)境和能源問題成為制約人類發(fā)展的兩大因素。半導(dǎo)體光催化劑在處理染料廢水和光解水制氫具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)處理廢水工藝相比，光催化具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境和能源方面具有非常重要的應(yīng)用前景。近年來對(duì)半導(dǎo)體光催化劑的研究越來越多，眾所周知，TiO₂由于廉價(jià)，無毒，穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的用作光催化劑。但銳鈦礦相TiO₂禁帶寬度為3.2eV，它僅可吸收紫外光（占太陽光的4%），量子效率低，不能用于實(shí)際生產(chǎn)染料廢水處理。但TiO₂由于其自身顏色為白色，不具備可見光響應(yīng)的能力，在自然光中的利用效率更低。開發(fā)可見光響應(yīng)型TiO₂成為提高光利用率解決環(huán)境污染的迫切需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和滿足市場(chǎng)需要，提供一種黑色銳鈦礦型的二氧化鈦光催化劑簡(jiǎn)單易行、產(chǎn)率高成本低的新型制備方法。

本發(fā)明所提供的黑色銳鈦礦型二氧化鈦光催化劑，采用冰乙酸和酰胺為溶劑，金屬鋰鹽為助劑，并使用鈦片為鈦源，加入離子液體作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，利用溶劑熱法一步合成，所制得的產(chǎn)品粒徑在100nm左右，相比于其他的二氧化鈦其顏色是黑色的。其在可見光下顯示出良好的降解有機(jī)染料的性能。

所得催化劑具有高效降解低濃度有機(jī)染料的優(yōu)良性能，并對(duì)酚類污水降解有著較好效果。

一種可見光響應(yīng)黑色二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

1）在30mL冰乙酸和酰胺溶劑中加入一定量二水醋酸鋰攪拌至澄清后轉(zhuǎn)移至50mL聚四氟乙烯水熱釜中，加入鈦片作為鈦源，并加入2mL的1-甲基-3-咪唑四氟硼酸鹽離子液體；

2）將水熱釜在150-220℃條件下反應(yīng)8-48h，經(jīng)去離子水和乙醇各洗滌三次后，在80℃下真空干燥12h得到黑色的銳鈦礦型的二氧化鈦光催化劑。

步驟1）中，30mL冰乙酸和酰胺混合溶劑中，各組分的體積為：1-2:2-1。優(yōu)選的比例有：冰乙酸10mL，酰胺20mL；冰乙酸12mL，酰胺18mL；冰乙酸15mL，酰胺15mL；冰乙酸18mL，酰胺12mL；冰乙酸20mL，酰胺10mL。

所述的酰胺為甲酰胺、乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和苯甲酰胺中的一種。

步驟1）中，所述的二水醋酸鋰質(zhì)量為0.2-1.0g，優(yōu)選的二水醋酸鋰質(zhì)量為0.2g、0.4g、0.6g和1.0g，更為優(yōu)選的二水醋酸鋰質(zhì)量為0.6g。

步驟2）中，優(yōu)選的水熱釜的加熱溫度為150℃、180℃、200℃、220℃，反應(yīng)時(shí)間為8h、12h、24h、48h。更為優(yōu)選的反應(yīng)時(shí)間為24h。

本發(fā)明制得的二氧化鈦光催化劑應(yīng)用于降解染料廢水，所述的染料包括甲基橙、亞甲基藍(lán)、羅丹明B、熒光黃、剛果紅。

本發(fā)明制得的二氧化鈦光催化劑應(yīng)用于降解酚類物質(zhì)，所述酚類物質(zhì)包括苯酚、4-氯苯酚(4CP)、2-氯苯酚(2CP)、4-氯-3-甲基苯酚(4C3MP)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)和五氯苯酚(PCP)。

本發(fā)明制備的產(chǎn)品通過以下手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征：采用在日本理學(xué)Rigaku?D/Max-RB型X射線衍射儀上測(cè)量的X射線衍射進(jìn)行樣品的結(jié)構(gòu)分析；采用日本JEOL?JSM-6380LV型掃描電鏡獲得的掃描電鏡照片，采用日本JEOL?JEM-2100型透射電子顯微鏡獲得的透射電鏡照片。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出效果：本發(fā)明所使用的化學(xué)試劑均為常用試劑、廉價(jià)易得，方法工藝簡(jiǎn)單，并將銳鈦礦相二氧化鈦拓展到可見光響應(yīng)范圍。同時(shí)，該光催化劑在可見光能降解低濃度染料廢水，并在低濃度染料廢水和酚類物質(zhì)混合的體系中同樣顯示出高活性。

附圖說明

圖1為所制得的黑色銳鈦礦二氧化鈦的光催化劑樣品的XRD圖譜；

圖2為所制得的黑色銳鈦礦二氧化鈦光催化劑樣品的高分辨掃描電鏡圖；

圖3為所制得的黑色銳鈦礦二氧化鈦光催化劑樣品的透射電鏡圖和單晶衍射圖；

圖4為制得的黑色銳鈦礦二氧化鈦光催化劑樣品對(duì)染料廢水降解進(jìn)程圖。

具體實(shí)施方式