[發明專利]一種過渡金屬離子、稀土離子鑭、釔摻雜改性TiO₂石墨烯復合材料的制備方法有效

申請號：	201410068847.3	申請日：	2014-02-27
公開（公告）號：	CN103861600A	公開（公告）日：	2014-06-18
發明（設計）人：	徐成耀;李小春;紀俊玲;汪媛;蔣海華	申請（專利權）人：	常州耀春格瑞紡織品有限公司;常州大學
主分類號：	B01J23/83	分類號：	B01J23/83;B01J23/34
代理公司：	常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258	代理人：	王美華;任曉嵐
地址：	213033 江蘇***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種過渡金屬離子稀土摻雜改性 tio sub 石墨復合材料制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于光催化氧化印染廢水處理技術領域，特別涉及一種負載于石墨烯上的，摻雜有稀土元素、過渡金屬離子的TiO₂復合型光催化劑的制備方法。

背景技術

水是人類生活和生產必不可少的重要自然資源，隨著染料、紡織工業的迅速發展，染料的品種和數量日益增加，印染廢水對自然生態的破壞和環境污染越來越嚴重。統計數據顯示，印染行業每年排放的工業廢水就達到23億噸，占全國工業廢水排放總量的10.6%，居全國各工業部門排放總量的第3位。印染廢水具有色度深、COD高，酸堿性強等特點，一直是廢水處理中的難題。少量印染廢水排入水體就會降低水體透明度，影響水生生物和微生物生長，不利于水體自凈，易造成視覺上的污染。因此，印染廢水在進入水體之前必須經過處理，滿足國家的排放要求。

自Carey等利用TiO₂懸浮液，在紫外光照射下降解多氯聯苯和氰化物獲得成功以來，光催化降解環境污染物成為近30年來廣泛研究的水處理方法，其研究與開發工作呈逐年上升勢頭，每年有大量關于光催化研究方面的研究報道。

TiO₂是目前使用的半導體光催化材料之一，在實際使用過程中，存在兩個突出問題：（1）需要紫外光才能活化，而輻射到地面的紫外光部分僅占太陽光的5%左右，所以太陽光的利用效率很低。（2）光生電子與空穴的復合幾率高。因此，如何抑制光生電子－空穴對的復合，擴大激發光的波長范圍，提高其對太陽光的利用率是目前光催化領域的研究熱點。

提高TiO₂光催化活性的方法主要有：貴金屬沉積、表面敏化等，貴金屬沉積是將微量的Ag、Au、Pt、Pd、Ni等貴金屬沉積到TiO₂表面來提高其催化活性。由于貴金屬昂貴的價格，限制了該方法的實際使用。表面敏化是將一些光活性化合物（如染料、共軛聚合物）以物理或化學狀態吸附在TiO₂表面，這些光活性物質可在可見光下有較大的激發因子，可擴展光催化劑活性波長范圍。該方法主要應用于太陽能電池，在光催化降解有機物污染物方面并不合適，因為在光催化過程中這些光活性化合物自身也會被光催化降解。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：本發明的目的在于提高TiO₂的光催化活性，基于該目的，本發明提供了一種TiO₂復合型光催化劑的制備方法，具體地說，是將石墨烯作為催化劑載體，在摻雜TiO₂的基礎上，同時向復合型光催化劑中摻雜稀土元素和過渡金屬離子。

制備方法為，先通過溶膠－凝膠法，將稀土元素鑭、釔，以及過渡金屬離子摻雜到TiO₂中，再通過水熱反應，將摻雜改性TiO₂，負載到氧化石墨烯材料中，得到摻雜改性TiO₂/還原石墨烯復合材料。

具體為：

（1）將鈦酸正丁酯加入無水乙醇中并不斷攪拌，得到均勻透明的黃色溶液，再滴加入少量濃硝酸，調節pH值為2-3，滴加完后繼續攪拌0.5-2小時，獲得均勻透明的黃色溶液，為A液，

鈦酸丁酯∶無水乙醇的體積比為1∶4；

（2）將硝酸鑭、硝酸釔，配制成混合溶液，為B液，

溶劑為水或乙醇，溶液中，稀土元素離子（鑭離子和釔離子）的總濃度為0.1—0.5mol/L，鑭離子和釔離子的摩爾比為1：1——3：1；

（3）將上述2個步驟中得到的A液、B液混合，向混合液中加入過渡金屬鹽，攪拌均勻后，獲得均勻透明的溶膠，陳化至溶膠失去流動性得到凝膠，

過渡金屬鹽為Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu金屬鹽中的一種或其中幾種的混合，

本步驟中，控制鈦離子、稀土元素離子、過渡金屬離子之間的摩爾比為100：2—5：2—3；

（4）將步驟（3）中得到的凝膠烘干，將干凝膠研磨成粉末后，置于馬弗爐中加熱，升溫、燒結、隨爐冷卻，得到摻雜改性TiO₂，