[發明專利]一種含有雜原子和過渡金屬的TiO2

在審

• 申請號: 202310433992.6
• 申請日: 2023-04-21
• 公開（公告）號: CN116651482A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 謝波;劉芯宇;劉永勝;吳旺
• 申請（專利權）人: 成都先進金屬材料產業技術研究院股份有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F1/32;C02F101/30;C02F101/38;C02F101/34;C02F101/36
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 李艷平

本發明屬于二氧化鈦催化劑領域，特別涉及一種含有雜原子和過渡金屬的TiOsubgt;2/subgt;催化劑及其制備方法，包括將雜原子源、過渡金屬源和鈦源在溶劑中攪拌使其分散，形成凝膠；將所述凝膠進行干燥、研磨和煅燒，得到含有雜原子和過渡金屬的TiOsubgt;2/subgt;催化劑。本發明通過調整雜原子源的配比以及過渡金屬源的組成顯著提高TiOsubgt;2/subgt;的光催化降解活性：同雜原子摻雜的情況下，Fe和Mn摻雜后的對可見光的吸收性能優于Fe和Cu摻雜以及Fe和Co摻雜，能有效減小TiOsubgt;2/subgt;的禁帶寬度；調整過渡金屬源與鈦源的質量比可調控摻雜物的粒徑改善TiOsubgt;2/subgt;復合材料對可見光的吸收性能。

技術領域

本發明屬于二氧化鈦催化劑領域，特別涉及一種含有雜原子和過渡金屬的TiO₂催化劑及其制備方法。

背景技術

TiO₂作為光催化劑的一種，因其毒性低、長期光活性、紫外光照射下穩定性高、成本低等特點而被廣泛研究。TiO₂的晶型主要有銳鈦礦和金紅石兩種形式，其中，銳鈦礦比金紅石相更具光敏活性。TiO₂被廣泛地應用于光催化過程，如光催化水裂解、選擇性光有機合成以及空氣或水中有機污染物的消除等方面。但是純相TiO₂的能隙約為3.2eV，只能利用360nm以下的太陽光，且產物為密實塊體顆粒，存在比表面積低、光生載流子分離能力較弱、光催化活性差等問題，限制了材料的應用范圍。

一些研究表明，將雜原子或過渡金屬對TiO₂進行摻雜可以提高其光催化能力。例如，CN110665529A公開了一種含氮摻雜改性納米二氧化鈦催化降解抗生素的方法及評價方法，表明氮摻雜改性納米二氧化鈦對環丙沙星有顯著的降解效果，而且催化材料穩定性高，可回收重復利用。CN106955728A公開了一種高效負載型臭氧氧化催化劑的制備方法與應用，將Mn的金屬氧化物催化劑負載到二氧化鈦分子篩內部孔道結構中，催化材料中活性組分含量極高，污染物去除率高，催化活性高。

目前，關于雜原子或過渡金屬對TiO₂進行摻雜提高催化性的報道很多，但將雜原子和過渡金屬對TiO₂進行共摻雜的方法較少。因此，有必要發明一種新的制備TiO₂催化劑的方法。

發明內容

針對上述問題，本發明一種含有雜原子和過渡金屬的TiO₂催化劑的制備方法，包括：

將雜原子源、過渡金屬源和鈦源在溶劑中攪拌使其分散，形成凝膠；

將所述凝膠進行干燥、研磨和煅燒，得到含有雜原子和過渡金屬的TiO₂催化劑。

其進一步的優選技術方案為：雜原子源選自尿素、硫酸銨、氯化銨、硫脲、磷酸銨和氨基酸中的一種或幾種的組合。

其進一步的優選技術方案為：雜原子源由尿素與氨基酸以質量比5-10：0.5-2組成。

其進一步的優選技術方案為：氨基酸為丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸、甲硫氨酸或天冬氨酸中的一種或幾種的組合。

其進一步的優選技術方案為：過渡金屬源選自Cu、Fe、Co和Mn的可溶性鹽中的一種或幾種的組合。

其進一步的優選技術方案為：鈦源的質量與所述溶劑的體積比為5-10：20-100g/mL。

其進一步的優選技術方案為：溶劑選自水、無水乙醇、甲苯、二甲苯或丙酮中一種或幾種的組合，所述雜原子為N或N與S的組合。

其進一步的優選技術方案為：干燥為，在80-120℃保溫8-15h所述煅燒為，在350-500℃保溫2-5h。