[發(fā)明專利]一種帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦光催化劑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310238344.1
• 申請(qǐng)日: 2013-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN103263949A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 滕飛;徐娟;徐夢(mèng)嬌;李敏;李守光;陳敏東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J35/02
• 分類號(hào): B01J35/02;B01J21/06;C01G23/053;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/30
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;杭清濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展日益面臨能源短缺和環(huán)境惡化兩大問題，正處在城鎮(zhèn)化和工業(yè)化加速發(fā)展階段的中國(guó)，對(duì)清潔能源及環(huán)境保護(hù)技術(shù)的研發(fā)需求尤為緊迫。理論上，從自然界獲取可以利用太陽(yáng)光能量并低成本制取氫能源是解決上述問題的理想途徑，發(fā)展相關(guān)技術(shù)和新材料有廣闊前景（張彤，2009）。

1972年日本科學(xué)家Fujishima等發(fā)現(xiàn)TiO₂單晶電級(jí)可以實(shí)現(xiàn)光催化分解水（FujishimaA,1972），后來(lái)又發(fā)現(xiàn)納米TiO₂具有光催化降解有機(jī)物的能力，TiO₂成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但TiO₂的禁帶寬度為3.2eV，其對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)為387.5nm,光吸收僅局限于紫外光區(qū)。但這部分光僅占照射到地面太陽(yáng)光譜的5%，且TiO₂量子效率最多不高于28%，綜合起來(lái)太陽(yáng)能的利用效率僅在1%左右，利用效率很低。

為解決這個(gè)問題，科學(xué)家經(jīng)過不斷研究，提出兩種途徑：一是對(duì)二氧化鈦等傳統(tǒng)光催化材料進(jìn)行摻雜和改性，二是開發(fā)新的光催化材料，使其能對(duì)可見光響應(yīng)。二氧化鈦的摻雜和改性已經(jīng)取得一些成果，但效果并不顯著。自從2008年的一篇關(guān)于二氧化鈦的文章中，其制備過程中使用了氫氟酸后，人們經(jīng)過不斷地實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)加入氫氟酸反應(yīng)生成的二氧化鈦活性大大提高，因此二氧化鈦有望成為21世紀(jì)在可見光下廣泛利用的新型催化劑。

二氧化鈦催化降解有機(jī)污染物的速度與晶體形貌暴露的面有一定關(guān)系，最新研究發(fā)現(xiàn)（110）和(100)面顯示了更強(qiáng)的光催化活性，二氧化鈦的催化活性仍有待進(jìn)一步提高，因此研究二氧化鈦簡(jiǎn)便的合成方法和提高其催化活性是研究的重點(diǎn)。

納米Ti0₂的制備方法主要分為氣相法和液相法，前者包括氫氧火焰水解法、氣相氧化法、鈦酸鹽氣相水解法和氣相分解法等，后者則包括溶膠一凝膠法、微乳法、水解法、水熱合成法和一步合成法等。盡管氣相法制備的Ti0₂粉體粒度小、純度高、分散性好，但工藝復(fù)雜、成本高且對(duì)設(shè)備和原料的要求較高。相比而言，液相法制備Ti0₂的工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、設(shè)備投資小，已成為國(guó)內(nèi)研究納米Ti0₂常用的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)新穎，催化活性高的帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦光催化劑以及簡(jiǎn)單易行的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

由于二氧化鈦是紫外響應(yīng)，要想提高它的光催化活性，就要從改變形貌入手，增加催化劑的比表面積。

本發(fā)明提供的一種帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦光催化劑，所述二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)為孿晶結(jié)構(gòu)，晶體粒徑比較小。

該二氧化鈦催化劑的制備具體步驟包括：

1）將氫氟酸和冰醋酸加入水中，按質(zhì)量比為氫氟酸：水：冰醋酸=1:?1~8:?20~100的比例混合，攪拌均勻，形成混合溶液；

2）取鈦酸四丁酯與步驟1）中的混合溶液與進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢瑁黄渲锈佀崴亩□ヅc所述氫氟酸的質(zhì)量比：1~7?：1；

3）將步驟2）所得溶液置入耐壓釜中，將耐壓釜放入烘箱中，在120℃-200℃溫度下反應(yīng)12-72小時(shí)；

4）反應(yīng)完成后冷卻至室溫，進(jìn)行固液分離，將所得沉淀用純凈水進(jìn)行洗滌、60℃溫度下烘干，制得帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦。

步驟1）中氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為40%。

本發(fā)明方法得到的片狀補(bǔ)丁結(jié)構(gòu)二氧化鈦活性比商品化二氧化鈦活性要高出10倍左右，因此片狀補(bǔ)丁結(jié)構(gòu)的二氧化鈦具有高效的光催化性能。

本發(fā)明具有以下突出的有益效果：本發(fā)明的帶補(bǔ)丁的二氧化鈦光催化劑結(jié)構(gòu)新穎，光催化活性高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制備方法簡(jiǎn)單，制備原料簡(jiǎn)單可以循環(huán)利用，制造成本極低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦光催化劑掃描電鏡圖（SEM）；

圖2是實(shí)施例1制得的帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┙到饬_丹明B實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖3是實(shí)施例2制得的帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┙到饬_丹明B實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖4是實(shí)施例3制得的帶補(bǔ)丁片狀二氧化鈦與商品化二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┙到饬_丹明B實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖；