[發明專利]一種可見光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410533165.5
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104511280B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 邱順建
• 申請（專利權）人: 浙江地球村環保科技有限公司
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J21/06;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 浙江凱麥律師事務所33218
• 代理人: 王登遠

技術領域

本發明為光催化制備技術領域，涉及一種非水溶膠凝膠法制備銅、鍶共摻雜二氧化鈦可見光催化劑的制備方法。

背景領域

自從Fujishima and Honda在1972年發現二氧化鈦作為電極可以降解分解水，半導體材料二氧化鈦已經引起了大家的關注。二氧化鈦正因為無毒無害，很高的化學穩定性，價格便宜等優點，二氧化鈦廣泛應用于降解有毒、難降解的染料和室內的甲醛、苯等氣體。然而因為二氧化鈦禁帶寬度大（Eg=3.2eV），只能在紫外光下（在太陽光能僅占有5%以下）催化降解，這使得二氧化鈦的利用效率很低，同時光生電子和空穴容易發生復合降低光催化的效率。因此，通過摻雜改性是提高TiO₂光催化效率的關鍵技術之一。

目前，為提高二氧化鈦的可見光催化效率，制備金屬或非金屬摻雜的二氧化鈦已經引起大家的廣泛關注。M.Jaroniec等人通過N和S兩種元素共摻雜暴露（001）來改性二氧化鈦，從而提高二氧化鈦光催化效率[Q. Xiang., M.Jaroniec., Nitrogen and sulfur co-doped TiO₂ nanosheets with exposed {001} facets: synthesis, characterization and visible-light photocatalytic activity Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 4853-4861]。Zhang等人通過Bi來改性N摻雜的二氧化鈦來研究Bi對光催化效率的影響[S.Bagwasi., J.Zhang., The study of visible light active bismuth modified nitrogen doped titanium dioxide photocatlysts: role of bismuth Appl.Surf.Sci. 2013, 264, 139-147]。

雖然金屬和非金屬改性二氧化鈦的研究很多，但雙摻雜金屬元素在文獻中提到較少。最近幾年研究發現，選取一些金屬進行雙摻雜，得到的光催化性能要比單一的光催化性能要好，具有良好的協同效應。金屬離子雙摻雜二氧化鈦在可見光區域有更好的吸收，對于光催化降解有機物廢水、甲醛具有非常實用價值。

金屬或非金屬離子摻雜二氧化鈦傳統的制備方法是采用溶膠凝膠法，而使用非水溶膠凝膠法來改性卻很少提到。本發明采用非水溶膠凝膠法制備銅、鍶共摻雜二氧化鈦可見光催化劑。比較單一金屬離子摻雜的二氧化鈦和商業化產品P25，制備的二氧化鈦光催化具有更高的光催化活性，能夠很快的在可見光下降解有機污染物。

發明內容

本發明的目的在于提供一種銅、鍶共摻雜納米二氧化可見光催化劑，該方法制備的納米二氧化鈦光催化劑，具有更高的光催化活性，能夠在可見光下快速降解染料等污水。

銅、鍶共摻雜的納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將一定量的銅鹽和鍶鹽加入到醇類溶劑中，溶解得到A溶液；

步驟2：把鈦鹽緩慢地加入到A溶液中，將得到的溶膠進行溶劑熱反應，處理溫度為80-220℃，時間為2h-48h；其中以銅、鍶元素占鈦元素摩爾百分比計，銅的摻雜量為0.1%-20%，鍶的摻雜量為0.01%-10%, 鈦鹽和醇類溶劑的摩爾比為2%-50%。

步驟3：將步驟2得到的反應產物進行離心，并用無水乙醇清洗多次，在100℃干燥12h，得到銅、鍶共摻雜的納米二氧化鈦光催化劑。

步驟1中醇類溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、戊醇、丙三醇、辛醇、苯甲醇或正十八醇。

步驟1中銅鹽為氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、醋酸銅或氧化銅，鍶鹽為硝酸鍶、碳酸鍶、氧化鍶、氯化鍶或鈦酸鍶。

步驟1中，以銅、鍶元素占鈦元素摩爾百分比計，銅元素為0.1%-20%，鍶元素為0.01%-10%。

步驟2中鈦鹽為鈦酸四丁酯、異丙醇鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦、四氟化鈦或三氯化鈦。

步驟2中鈦鹽和醇類溶劑的摩爾比為2%-50%。

銅、鍶共摻雜的納米二氧化鈦光催化劑在光催化降解有機污染物起著十分重要的作用。

附圖說明

圖1為納米TiO₂的XRD圖，表明所制備的TiO₂為銳鈦礦相（A-未摻雜納米TiO₂；B-銅、鍶共摻雜納米TiO₂）。