[發(fā)明專利]一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310593917.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103599772A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐紫蓉;張燕輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/34
• 分類號(hào): B01J23/34;B01J23/72;B01J23/75;B01J23/755;B01J23/745;B01J27/04;B82Y30/00;C07B41/06;C07C45/38;C07C47/54;C07C47/575;C07C47/55;C07C47/232
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑制備以及環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域，具體涉及一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

自上世紀(jì)70年時(shí)代發(fā)現(xiàn)光催化以來，光催化以其反應(yīng)條件溫和、基本無污染、低能耗和低成本等優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展，吸引了大批科研工作者。伴隨著日益緊缺的石油資源和不斷惡化的環(huán)境，將光催化用于開發(fā)清潔可再生能源和治理環(huán)境污染已刻不容緩。在能源光催化方面，大家聚集于光解水制氫、CO₂還原成CO和有機(jī)物以及染料敏化太陽能電池；在環(huán)境光催化方面，科研工作者一直致力于水、空氣和土壤等環(huán)境污染治理的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。隨著光催化的蓬勃發(fā)展，大家對(duì)光催化用于選擇性氧化合成方面的研究越來越感興趣。如我們研究小組已將石墨烯/半導(dǎo)體（TiO₂,?CdS,?ZnS）和貴金屬/半導(dǎo)體（CeO₂,?CdS）用于光催化選擇性氧化醇類。進(jìn)而，隨著催化和材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，催化劑的開發(fā)與制備已不再停留在多組分的簡(jiǎn)單復(fù)合上，而是要求對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)先的設(shè)計(jì)，如一維結(jié)構(gòu)，從而更好地調(diào)控其催化活性和選擇性。

近年來，一維管狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽納米管（TNT）被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于壓電材料、鐵電材料、太陽能轉(zhuǎn)化和光催化等領(lǐng)域，因?yàn)門NT具有長(zhǎng)距離的電子傳輸能力，大的表面積和孔體積，能顯著提高光的吸收和散射等特點(diǎn)。在光催化方面，TNT及其復(fù)合型光催化劑已被用于無選擇性的氣相和液相降解污染物。但我們必須注意到，TNT僅僅只有紫外光活性，因?yàn)門NT只在紫外區(qū)有吸收。因此，通過簡(jiǎn)單方法調(diào)控TNT具有可見光活性，并用于新的反應(yīng)類型（選擇性氧化有機(jī)合成）是非常重要的研究課題。

眾所周知，以TiO₂為前驅(qū)物，通過濃堿水熱處理得到的TNT具有高的離子交換能力，若通過簡(jiǎn)單的離子交換，將金屬離子（Cu²⁺,?Co²⁺,?Ni²⁺,?Fe²⁺或Mn²⁺）對(duì)TNT摻雜，勢(shì)必會(huì)影響TNT的光學(xué)性能，而進(jìn)調(diào)控TNT的光催化活性。再者，將具有可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體負(fù)載于TNT上，充分利用TNT的電子傳輸能力、高的比表面積和大的孔體積以及對(duì)光的散射，能顯著提高TNT的光催化活性。我們研究小組一直致力于一維結(jié)構(gòu)（管、棒和線）用于光催化選擇性氧化醇類的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，具有光催化活性高、制作成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可宏觀制備等特點(diǎn)，制備的TNT復(fù)合型光催化劑具有可見光光催化選擇性氧化醇類到相應(yīng)醛，催化劑具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且易回收的特點(diǎn)。

所述的醇類及相應(yīng)醛具有以下結(jié)構(gòu)：

、、、、、、、、、、、

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為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑分為兩類：一類為金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑，所述的金屬離子為Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺中的一種，另一類為CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑。所述的鈦酸鹽納米管具有一維管狀結(jié)構(gòu)。

鈦酸鹽納米管的制備方法包括以下步驟：

（1）將銳鈦礦TiO₂分散于NaOH溶液中，混合攪拌均勻；

（2）將反應(yīng)液置于反應(yīng)釜中140℃水熱12?h，然后冷卻、過濾、用水洗滌溶液至pH為8，接著再用乙醇洗滌，最后80?℃干燥得到固體；

（3）將所得固體在400℃煅燒6?h，得到一維管狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽納米管。

金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑的制備方法包括以下步驟：

（1）將金屬離子前驅(qū)鹽M(CH₃COO)₂，M=Cu、Co、Ni、Fe或Mn溶于水中，形成50?mL?3?mM?的溶液，接著往溶液中滴加氨水，得到澄清的溶液A；

（2）向溶液A中加入鈦酸鹽納米管并持續(xù)攪拌20?h，然后過濾、用氨水洗滌、用水洗滌溶液至pH為8，最后干燥得一維管狀結(jié)構(gòu)的金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑。

CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑的制備方法包括以下步驟：