[發(fā)明專利]銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310259237.7
• 申請(qǐng)日: 2013-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN103349985A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞏金龍;盧健偉;王拓;張鵬;張冀杰;馬新賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/50
• 分類號(hào): B01J23/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 琪琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機(jī)納米光催化劑材料及其制備領(lǐng)域，具體的說，特別涉及一種二氧化鈦納米光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)今社會(huì)的不斷發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重；特別是環(huán)境污染問題，已經(jīng)嚴(yán)重制約了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。如何利用一種高效的手段來解決這些問題是人類需要共同面對(duì)的重大問題。眾所周知，太陽能是一種取之不盡用之不竭的能源，如果能夠充分利用太陽能，能源短缺與環(huán)境污染等問題將得到大大緩解。

現(xiàn)代工業(yè)排放的許多污染物用常規(guī)處理方法難以得到解決，其中有機(jī)染料（例如亞甲基藍(lán)（MB）、羅丹明B(RhB)和甲基橙（MO））等一些常見的難降解污染物在織染等工業(yè)中有大量排放，已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。研究表明利用半導(dǎo)體光催化劑在光照的條件下產(chǎn)生的活性物質(zhì)可以有效分解這些有機(jī)染料污染物。因此，為了解決這類污染物帶來的環(huán)境問題，近幾十年來各國科學(xué)家對(duì)利用太陽能光解有機(jī)染料污染物進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了較大進(jìn)展。

目前研究最多的半導(dǎo)體光催化劑是TiO₂，但是其帶隙較大（3.2eV），只有在紫外光下才有響應(yīng)，不能充分利用太陽能，很大程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此研究具有可見光響應(yīng)性能的光催化劑具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的是目前商用P25比表面積?。?0-70m²/g），對(duì)自然光的吸收效率低，可見光下光催化活性低等技術(shù)問題，提供了一種銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法，該二氧化鈦光催化劑具有高比表面積、良好的可見光響應(yīng)性能和可見光光催化活性，在降解有機(jī)污染物等方面顯示出商用催化劑所不具有的優(yōu)良性能；并且其制備方法具有簡單易行、價(jià)格廉價(jià)和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑，其中二氧化鈦納米顆粒為杯狀結(jié)構(gòu)，且為銳鈦礦晶相，粒徑為140nm-160nm；銀膠體粒子負(fù)載在杯狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米顆粒內(nèi)外表面。

杯狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米顆粒的比表面積可達(dá)223m²/g。

一種銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，該方法按照以下步驟進(jìn)行：

（1）稱取1：0.8體積份的原硅酸四乙酯和氨水，溶解于6體積份去離子水和36體積份乙醇的混合溶液中，將溶液攪拌至水解完全，離心分離，得到固體二氧化硅；

（2）將步驟（1）得到的固體二氧化硅超聲分散到乙醇溶液中；

（3）將羥丙基纖維素溶解于乙醇，并與步驟（2）得到的二氧化硅乙醇溶液混合，攪拌均勻；

（4）用氨水調(diào)節(jié)步驟（3）得到羥丙基纖維素與二氧化硅的乙醇混合液的pH值到6～9；

（5）以0.5～4mL·min^-1的速度向步驟（4）得到的混合液中滴加1ml鈦酸四丁酯，攪拌均勻，60～85℃條件下循環(huán)回流，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，干燥，得到二氧化硅/二氧化鈦核殼形光催化劑；

（6）將步驟（5）得到的二氧化硅/二氧化鈦核殼形光催化劑超聲分散溶解于去離子水，加熱至60～90℃，加入2ml的2M的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)4～10h后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，干燥，得到杯狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米顆粒；

（7）焙燒步驟（6）得到的杯狀結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米顆粒，溶解于檸檬酸鈉和硝酸銀混合溶液，在紫外條件下進(jìn)行銀的還原操作65min，離心分離，洗滌，干燥，得到銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用表面活性劑模版法合成，操作簡單易行，反應(yīng)周期較短，可重復(fù)性好。在蝕刻過程中，高濃度氫氧化鈉將中空球二氧化鈦進(jìn)行蝕刻成杯狀結(jié)構(gòu)，得到具有較大比表面積和較高光吸收能力的二氧化鈦杯狀結(jié)構(gòu)催化劑，再通過銀膠體粒子的負(fù)載后該光催化劑具有更高的可見光催化降解性能。

經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明的銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑比表面積可達(dá)223m²/g，其中杯狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米顆粒為銳鈦礦晶相，其粒徑為140nm-160nm，具有很好的可見光響應(yīng)性能，可見光吸收邊可達(dá)到550nm，且在550-800nm范圍內(nèi)的光響應(yīng)性能也大大提升；電子-空穴重組速率大大降低；降解有機(jī)染料亞甲基藍(lán)溶液的測試表明，復(fù)合光催化劑的可見光光催化性能大大增強(qiáng)。

可以預(yù)見，本發(fā)明制備的銀負(fù)載的納米二氧化鈦光催化劑也可廣泛用于光解水制氧以及其它能源與環(huán)境的相關(guān)領(lǐng)域。

附圖說明