專利名稱：鉑、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于活性炭負(fù)載型催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種可見光響應(yīng)的液體染料脫色用負(fù)載型光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體TiO2是目前使用最多的光催化劑，具有無毒、廉價(jià)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。然而， TiO2是寬帶半導(dǎo)體，只有在占地球表面太陽光的3% 4%的紫外光下才具有催化活性，同時(shí)，TiO2又具有對(duì)低濃度污染物催化活性低、懸浮體系中的粉末極易團(tuán)聚且不易回收等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)都限制了 TiO2的實(shí)際應(yīng)用。如果將TW2負(fù)載在多孔載體上，可以起到吸附與催化氧化相互協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物在TiO2周圍的富集，提高光催化效率，同時(shí)也解決了回收困難的問題。通過摻雜金屬離子或非金屬離子可以提高TiO2的光催化活性，有些金屬離子和非金屬原子的摻雜可以通過改變禁帶寬度使T^2在可見光下表現(xiàn)出一定的光催化活性。目前，對(duì)活性炭負(fù)載TiO2體系的離子摻雜結(jié)構(gòu)在氣相降解領(lǐng)域有較多研究，在液相污染領(lǐng)域還未能解決可見光催化問題，普遍存在催化活性低的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的活性炭負(fù)載TiA體系的離子摻雜結(jié)構(gòu)在液相污染領(lǐng)域催化活性低的問題，本發(fā)明提供了一種鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，制備得到的活性炭在可見光具有良好的催化效果，可以應(yīng)用于液相催化領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，步驟為
將鈦酸四丁酯加入無水乙醇中，攪拌均勻后滴入蒸餾水中，然后加入乙酰丙酮和聚乙二醇并調(diào)節(jié)PH值為2 3，強(qiáng)烈攪拌直至水解完全得澄清透明溶膠；在攪拌下加入尿素，反應(yīng)后加入經(jīng)過水洗、烘干后活性炭繼續(xù)攪拌，然后經(jīng)超聲分散后經(jīng)過常規(guī)的靜置、過濾、洗滌、干燥、焙燒步驟后得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型TiO2光催化劑；將氮摻雜的活性炭負(fù)載型 TiO2光催化劑通過等體積浸漬法以氯鉬酸溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原后進(jìn)行烘干，得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑。按照體積比鈦酸四丁酯無水乙醇蒸餾水乙酰丙酮聚乙二醇=12. 5 45 :100 10 :2，質(zhì)量比鈦酸四丁酯尿素=1. 6的比例投加原料。所用活性炭的量按照鈦酸四丁酯活性炭=1. 3 (質(zhì)量比)。焙燒溫度為400 600°C。
靜置時(shí)間為M h。
有益效果
1.采用溶膠-凝膠法，通過共摻雜實(shí)現(xiàn)Pt / N /TiO2在活性炭上面的負(fù)載，制備負(fù)載型光催化劑，提高了光催化降解率，解決了回收難的問題，同時(shí)對(duì)可見光有一定響應(yīng)，在可見光下即可對(duì)液相亞甲基藍(lán)染料有很好的降解效果。。2.本制備方法操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于推廣。


圖1為本發(fā)明的亞甲基藍(lán)溶液光催化降解反應(yīng)裝置圖。其中1空氣入口，2冷凝水入口，3光源，4磁力攪拌器，5冷凝水出口，6取樣口，7 氣體出口，8亞甲基藍(lán)溶液
圖2是本發(fā)明制備的催化劑的XRD圖。圖3是本發(fā)明制備的催化劑的SEM圖。圖4 Pt / N /TiO2的紫外可見吸收光譜圖。圖5是本發(fā)明制備的催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液降解率圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種可見光響應(yīng)的液體染料脫色用鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，以解決液相光催化效率低以及光催化劑回收的問題，具體步驟如下
1)將12.5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴入IOOmL 蒸餾水中，同時(shí)加入IOmL乙酰丙酮以及時(shí)2mL聚乙二醇，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)至pH為 2. 0-3. 0，強(qiáng)烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的膠體溶液；
2)將1)中制得的TW2溶膠在磁力攪拌下加入尿素7.6g，反應(yīng)30min后加入經(jīng)過水洗、 烘干后的活性炭繼續(xù)攪拌lh，超聲20 min,靜置24h后過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，將負(fù)載后的活性炭在120°C下干燥2h，然后于400 600°C下焙燒濁，通過控制焙燒溫度而得到不同氮摻雜量的活性炭負(fù)載型T^2光催化劑；
3)將氮摻雜的納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸溶液(5g/L)浸漬后，加入硼氫化鈉還原，一定時(shí)間后進(jìn)行烘干，得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑。于可見光條件下，在如圖1所示的液相光催化反應(yīng)裝置中，降解亞甲基藍(lán)溶液，通過反應(yīng)前后溶液吸光度計(jì)算降解率以考察所制得催化劑的光催化性能。所用的液相光催化反應(yīng)裝置外觀結(jié)構(gòu)上與市面上供紫外光催化反應(yīng)用的夾套式反應(yīng)器相同，但是內(nèi)膽采用濾紫外玻璃材料，另外，采用350W氙燈作用光源，因此在傳統(tǒng)的夾套式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，于放置光源的的玻璃管底部增設(shè)一個(gè)空氣入口以攜帶光源產(chǎn)生的熱量。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先開啟磁力攪拌器，使催化劑在避光條件下預(yù)吸附Ih后，開啟冷凝水和空氣泵，然后打開光源進(jìn)行光催化反應(yīng)。
4
圖2是本發(fā)明制備的催化劑的XRD圖，其在25 °附近出現(xiàn)明顯的衍射峰，說明制得的光催化劑晶型為銳鈦礦型；
圖3是本發(fā)明制備的催化劑的SEM圖，由圖中可以看出，納米TiO2在活性炭的表面呈現(xiàn)出比較均勻的分布；
圖4是Pt / N /TiO2的紫外可見吸收光譜圖，由圖可知，鉬、氮共摻雜的納米TiO2仍然在紫外光區(qū)有很好的吸收作用，同時(shí)在可見光區(qū)較單一的TiO2也表現(xiàn)明顯的吸收作用， 這也是所制備得到的催化劑對(duì)可見光具有一定響應(yīng)的直接原因；
圖5是本發(fā)明制備的催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率圖，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液初始濃度為10mg/L，光催化反應(yīng)進(jìn)行6 h后，降解率可達(dá)94%。 實(shí)施例1
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時(shí)加入IOmL乙酰丙酮以及時(shí)2mL聚乙二醇，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)至pH為 2. 0-3.0，強(qiáng)烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而后加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時(shí)加入尿素7. 6g，攪拌Ih后超聲20 min，凈漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次。將負(fù)載后的活性炭在120°C下干燥2h，于400°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米TiA通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%稱取)溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原，一定時(shí)間后得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解率為75. 7%。實(shí)施例2
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時(shí)加入IOmL乙酰丙酮以及時(shí)2mL聚乙二醇，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)至pH為 2. 0-3.0，強(qiáng)烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而后加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時(shí)加入尿素7. 6g，攪拌Ih后超聲20 min，凈漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次。將負(fù)載后的活性炭在120°C下干燥2h，于450°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%稱取)溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原，一定時(shí)間后得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解率為94. 1%。實(shí)施例3
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時(shí)加入IOmL乙酰丙酮以及時(shí)2mL聚乙二醇，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)至pH為 2. 0-3.0，強(qiáng)烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而后加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時(shí)加入尿素7. 6g，攪拌Ih后超聲20 min，凈漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次。將負(fù)載后的活性炭在120°C下干燥2h，于500°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米TiA通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%稱取)溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原，一定時(shí)間后得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解率為90. 4%。實(shí)施例4
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時(shí)加入IOmL乙酰丙酮以及時(shí)2mL聚乙二醇，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)至pH為 2. 0-3.0，強(qiáng)烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而后加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時(shí)加入尿素7. 6g，攪拌Ih后超聲20 min，凈漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次。將負(fù)載后的活性炭在120°C下干燥2h，于550°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%稱取)溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原，一定時(shí)間后得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解率為57. 7%。實(shí)施例5
將12. 5 mL鈦酸四丁酯加入到45 mL無水乙醇中，在劇烈攪拌下緩慢滴人IOOmL蒸餾水中，同時(shí)加入IOmL乙酰丙酮以及時(shí)2mL聚乙二醇，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)至pH為 2. 0-3.0，強(qiáng)烈攪拌池使水解完全，得澄清透明的溶膠。而后加入6-10目的顆粒狀活性炭 9.6 g，同時(shí)加入尿素7. 6g，攪拌Ih后超聲20 min，凈漬Mh，過濾，用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次。將負(fù)載后的活性炭在120°C下干燥2h，于450°C下焙燒池得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米Ti02。將氮摻雜的活性炭負(fù)載型納米TW2通過等體積浸漬法用氯鉬酸(按照Pt 在催化劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%稱取)溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原，一定時(shí)間后得到鉬、氮共摻雜納米Ti02。得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑，所得光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解率為82. m。
權(quán)利要求
1.一種鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟為將鈦酸四丁酯加入無水乙醇中，攪拌均勻后滴入蒸餾水中，然后加入乙酰丙酮和聚乙二醇并調(diào)節(jié)pH值為2 3，強(qiáng)烈攪拌直至水解完全得澄清透明溶膠；在攪拌下加入尿素，反應(yīng)后加入經(jīng)過水洗、烘干后活性炭繼續(xù)攪拌，然后經(jīng)超聲分散后經(jīng)過常規(guī)的靜置、過濾、洗滌、干燥、焙燒步驟后得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型TiO2光催化劑；將氮摻雜的活性炭負(fù)載型 TiO2光催化劑通過等體積浸漬法以氯鉬酸溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原后進(jìn)行烘干，得到鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法， 其特征在于，按照體積比鈦酸四丁酯無水乙醇蒸餾水乙酰丙酮聚乙二醇=12.5 :45 100 10 :2，質(zhì)量比鈦酸四丁酯尿素=1. 6的比例投加原料。
3.如權(quán)利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所用活性炭的量按照鈦酸四丁酯活性炭=1. 3 (質(zhì)量比)。
4.如權(quán)利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，焙燒溫度為400 600°C。
5.如權(quán)利要求1所述的鉬、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，靜置時(shí)間為M h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉑、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法，將鈦酸四丁酯加入無水乙醇中,攪拌一段時(shí)間后緩慢滴人蒸餾水中，加入乙酰丙酮以及聚乙二醇并調(diào)節(jié)pH值，強(qiáng)烈攪拌使其水解完全，得澄清透明溶膠；在攪拌下加入尿素，反應(yīng)后加入處理好的活性炭繼續(xù)攪拌，然后經(jīng)超聲分散、靜置、過濾、洗滌、干燥后焙燒得到氮摻雜的活性炭負(fù)載型TiO2光催化劑；將氮摻雜的活性炭負(fù)載型TiO2光催化劑用氯鉑酸溶液浸漬后，加入硼氫化鈉還原后進(jìn)行烘干，得到鉑、氮共摻雜活性炭負(fù)載型二氧化鈦光催化劑。本發(fā)明解決了懸浮體系中二氧化鈦光催化劑回收難的問題，進(jìn)一步提高其對(duì)液相染料的光催化效率，同時(shí)在可見光條件下有較強(qiáng)的響應(yīng)。
文檔編號(hào)C02F1/30GK102211033SQ20111009392
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者盧辛成, 孫康, 崔丹丹, 蔣劍春 申請(qǐng)人:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所