專利名稱：：一種含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法。
背景技術(shù)：
：二氧化鈦(Ti02)催化技術(shù)是利用光照誘導(dǎo)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶分別產(chǎn)生電子和空穴，借助電子的還原能力和空穴的氧化能力，分解氣相或液相中的有機污染物，從而起到空氣凈化和廢水凈化的作用。然而，Ti02是一種寬禁帶半導(dǎo)體，其帶隙寬度為3.20eV，只能吸收太陽光中的紫外光部分，而紫外光只占太陽能光譜能量的約4%，太陽光中約44%的可見光的能量都不能得到利用。為了使Ti02的光吸收發(fā)生紅移，目前普遍采用摻雜技術(shù)，其中，碳摻雜、氮摻雜或碳和氮兩種元素共摻的Ti02基催化劑已經(jīng)被證明是具有優(yōu)異可見光相應(yīng)特性和提高材料量子吸收效率的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中，制備碳、氮摻雜的Ti02通常采用氣相反應(yīng)法或水熱液相反應(yīng)法。例如，在中國專利CN100391596C中公開了一種TiOxNyCz的制備方法，該方法包括以四氯化鈦為原料，按重量比四氯化鈦水甲醇尿素=1:0-10:1-50:2-50的比例，依次將水和甲醇加入四氯化鈦中，加熱至50-70°C，攪拌下加入尿素，冷卻固化，分別在200、400、600、80(TC下煅燒，分別得到白色，淡黃色，土黃色，土灰色TiOxNyCz材料。中國專利CN1331592C中，公開了一種碳、氮摻雜的1102基催化劑的制備方法，該方法包括將二氧化鈦的成形體、燒結(jié)體或者膜在含有氮、碳和氫的氣體的還原性氣體的氛圍下，在500'C以上620。C以下進行熱處理得到。然而，上述方法存在工藝復(fù)雜、時間周期長、不環(huán)保和產(chǎn)率低的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、可控、可工業(yè)化的二氧化鈦基催化劑的制備方法。本發(fā)明的含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法包括，該方法包括將含有慘雜元素的鈦基原料與含有氧氣的氣體接觸，接觸溫度為400-110(TC，接觸時間為0.1-24小時。本發(fā)明提供的含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法工藝簡單、可控，有利于工業(yè)化實施，并且根據(jù)本發(fā)明提供的含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法制得的含有摻雜元素的二氧化鈦對有機污染物的降解率高。具體實施例方式本發(fā)明提供了一種含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法，該方法包括將含有摻雜元素的鈦基原料與含有氧氣的氣體中接觸，接觸溫度為400-1100°C，接觸時間為0.1-24小時。所述含有摻雜元素的鈦基原料是指含有碳和/或氮的金屬鈦化合物，所述含有摻雜元素的鈦基原料可以為氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦中的一種或幾種。其中摻雜元素與鈦的摩爾比可以為1:0.9-1.1。優(yōu)選情況下，所述含有摻雜元素的鈦基原料為碳氮化鈦。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，碳和氮的摩爾比可以在較大的范圍內(nèi)變化，例如，碳和氮的摩爾比可以為1:0.01-100，優(yōu)選為0.1-2。所述含有摻雜元素的釹基原料可以通過商業(yè)購買獲得，如株洲廣源硬質(zhì)合金有限公司生產(chǎn)的FTICN牌號。含有摻雜元素的鈦基原料可以以各種形式存在，如成塊材蜂窩多孔狀、膜狀或粉末狀。優(yōu)選情況下，所述鈦基原料為粉末，粉末的平均顆粒直徑可以為0.01-20微米，優(yōu)選為0.01-5微米。所述含有氧氣的氣體可以為氧氣、空氣或者氧氣與惰性氣體的混合氣體。所述惰性氣體是指在本發(fā)明所述的反應(yīng)條件下不參與反應(yīng)的氣體，如零族氣體。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，氧氣在所述含有氧氣的氣體中的含量可以在較大范圍內(nèi)變化，例如，在氧氣的體積可以占氣體總體積的5-100%，優(yōu)選為20-40%。含有氧氣的氣體的用量可以在很大范圍內(nèi)變化，02的摩爾數(shù)可以為原料中Ti、N和C的總摩爾數(shù)的1倍以上，優(yōu)選為1-300倍，更優(yōu)選為1.5-200倍。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，氣體的總壓強可以在較大范圍內(nèi)變化，如可以為0.01-0.5MPa，優(yōu)選為0.05-0.15MPa。根據(jù)本發(fā)明，接觸的溫度可以為400-1100°C，優(yōu)選為500-900°C，接觸的時間可以為0.1-24小時，優(yōu)選為2-8小時。下面將通過具體實施例對本發(fā)明做出詳細的說明。實施例1-20將分別如表1所示組成的碳氮化鈦作為鈦基原料(其中，碳和氮的總摩爾數(shù)與鈦的摩爾數(shù)為1:1)在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與含有氧氣的氣體接觸，在如表1所示的接觸溫度和接觸時間下進行反應(yīng)，制得黃色粉末Cl-20。純的二氧化鈦粉末為白色，而根據(jù)本發(fā)明制得的粉末為黃色，說明其中摻雜有碳和/或氮。測定甲基橙染料的降解率，測定方法為，在500毫升、裝配有冷卻水系統(tǒng)的石英反應(yīng)器中放入300毫升濃度為10毫克/升的甲基橙水溶液和0.6克制得的Ti02基催化劑粉末，通過磁力攪拌使上述制得的粉末懸浮于溶液當(dāng)中。光催化試驗中，使用500瓦的Xe燈(佛山市明可達照明電器有限公司，JCDXe)照射，利用光學(xué)濾波片(海安恒星光學(xué)元件廠，JB420)獲得波長大于420納米的光源。將光源置于反應(yīng)器正上方，與反應(yīng)器中甲基橙的液面距離為20厘米。利用日本島津生產(chǎn)的UV-2450/2550PC型紫外-可見吸收光譜儀測定光催化降解前后的甲基橙相對含量變化，并按照下式計算降解率。為了評估不同工藝制備的樣品光催化性能差異，光照時間均取為5小時。按照與實施例1一20相同的方法制備含有摻雜元素的二氧化鈦粉末A21，不同之處在于，使用氮化鈦作為鈦基原料。按照與實施例l-20相同的方法測定A21對甲基橙的降解率，結(jié)果如表1所示。實施例22按照與實施例1一20相同的方法制備含有摻雜元素的二氧化鈦粉末A22，不同之處在于，使用氮化鈦作為鈦基原料。按照與實施例l-20相同的方法測定A22對甲基橙的降解率，結(jié)果如表1所示。對比例1按照CN100391596C公開的方法制備含C和N的二氧化鈦。將10mL四氯化鈦用60mL甲醇溶解，加熱到沸騰約63°C，加入尿素100克，溶解后，冷卻，固化，在馬福爐中加熱至60(TC，制得含C和N的二氧化鈦粉末Bl。按照與實施例1-20相同的方法測定Bl對甲基橙的降解率，結(jié)果如表l所示。實施例21表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1的數(shù)據(jù)可以看出，根據(jù)本發(fā)明提供的含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法制得的含有摻雜元素的二氧化鈦對甲基橙的降解率高，是一種高效可見光型光催化劑。權(quán)利要求1、一種含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法，其特征在于，該方法包括將含有摻雜元素的鈦基原料與含有氧氣的氣體接觸，接觸溫度為400-1100℃，接觸時間為0.1-24小時。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述含有摻雜元素的鈦基原料中，摻雜元素與鈦的摩爾比為1:0.9-1.1。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述含有摻雜元素的鈦基原料為氮化鈦、碳化鈦和碳氮化鈦中的一種或幾種。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述含有摻雜元素的鈦基原料為鈦的氮化物和碳化物，在所述含有摻雜元素的鈦基原料中，碳和氮的摩爾比為1:0.01-100。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含有氧氣的氣體中氧氣的體積占氣體總體積的5-100%，氣體的總壓強為0.01-0.5MPa。6、根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其中含有氧氣的氣體為氧氣、空氣或者氧氣與惰性氣體的混合氣體。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接觸溫度為500-90(TC，所述接觸時間為2-8小時。全文摘要本發(fā)明是關(guān)于一種含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法，該方法包括將含有摻雜元素的鈦基原料與含有氧氣的氣體接觸，接觸的溫度為400-1100℃，接觸的時間為0.1-24小時。本發(fā)明提供的含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法工藝簡單、可控，有利于工業(yè)化實施，并且根據(jù)本發(fā)明提供的含有摻雜元素的二氧化鈦的制備方法制得的含有摻雜元素的二氧化鈦對有機污染物的降解率高。文檔編號C01G23/07GK101613126SQ20081012526公開日2009年12月30日申請日期2008年6月23日優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日發(fā)明者劉倩倩,清宮,林信平申請人:比亞迪股份有限公司