專利名稱：一種紅外光響應型光催化劑及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑，特別涉及一種紅外光響應型光催化劑及其制備方法和應用，屬于無機光催化材料技術領域。技術背景
在環(huán)境問題日益嚴重的今天，半導體光催化技術作為一種有效的治理空氣污染和水污染的先進技術日益為人們所重視。目前，用于光催化降解環(huán)境污染物的半導體光催化劑中TiA以其優(yōu)異的光電性能而被廣泛研究，但純銳鈦礦相TiO2的禁帶寬度為3. ，僅能吸收太陽光中不到4%的紫外光，因此難以得到工業(yè)化應用。
為了提高TiO2的太陽能利用率，人們對其進行了大量的改性研究，其中研究最多的是采用各種方法來拓展其光響應范圍到可見光區(qū)。這些方法主要有貴金屬沉積、金屬元素和非金屬元素摻雜以及窄禁帶半導體材料復合等。然而，不同波長激發(fā)TiO2所產(chǎn)生的空穴是不一樣的。紫外光激發(fā)所產(chǎn)生的空穴的氧化能力要遠強于可見光激發(fā)產(chǎn)生的空穴，而且產(chǎn)生的空穴還可以有效地氧化水分子從而產(chǎn)生氧化能力較強的羥基自由基(0H_)，從而徹底降解大分子物質(zhì)。但是，可見光激發(fā)所產(chǎn)生的空穴氧化能力較弱，對于處理含有復雜有機物的工業(yè)廢水有很大的局限性。因此，在光催化反應中，TiO2所需的紫外光要遠多于可見光。
上轉(zhuǎn)換材料可以通過多光子機制把長波輻射轉(zhuǎn)換成短波輻射，從而實現(xiàn)低能光波向高能光波的轉(zhuǎn)換。因此，我們嘗試把光催化劑TW2與上轉(zhuǎn)換材料復合，利用上轉(zhuǎn)換材料的特性，將太陽光中的低能近紅外光轉(zhuǎn)換成高能紫外光，以提供給T^2吸收利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有拓展TiO2光響應范圍的改性技術中空穴氧化能力較低的弊端，通過光催化劑與上轉(zhuǎn)換材料復合，利用上轉(zhuǎn)換材料的特性，將太陽光中的紅外光轉(zhuǎn)換成能被 TiO2吸收利用的紫外光，從而提供一種紅外光響應型光催化劑及其制備方法和應用，該種光催化劑太陽能利用率高、光催化性能好。
本發(fā)明采取的技術方案為
—種紅外光響應型光催化劑，它是以上轉(zhuǎn)換劑為核，以TiA為殼的核殼結(jié)構，其化學式為(YQ.995-xYbxTm_5) 203OTi02，所述的上轉(zhuǎn)換劑為(Y。.995-xYbxTm_5) 203，其中 χ = 0 0. 1。
所述的紅外光響應型光催化劑為球形顆粒狀，尺寸在100-300nm。
一種紅外光響應型光催化劑的制備方法，包括步驟如下
(1)按摩爾比0.995-x χ 0. 005將硝酸釔、硝酸鐿、硝酸銩溶于去離子水中， 其中χ = ο o. l· ；混合均勻后加入檸檬酸，溶解后在70 90°C溫度下加熱攪拌直至溶液變成黏性淡黃色的溶膠；而后將上述溶膠在750 850°C下保溫2 池，得到上轉(zhuǎn)換劑
(2)將上轉(zhuǎn)換劑加入乙醇中超聲分散，在不斷磁力攪拌下加入鈦酸四丁酯混合均勻，然后緩慢加入乙醇水溶液，最后將所得沉淀抽濾、洗滌、干燥后煅燒，得到產(chǎn)品(Yo.995-xYbxTm0.005) 203@Ti02。
上述步驟(1)中所述的硝酸根與檸檬酸的摩爾比為1 1 1. 5 ；所述的硝酸根的總濃度為0. 1-lmol/L。
上述步驟( 中所述的超聲分散中上轉(zhuǎn)換劑與乙醇的摩爾比為1 3000 3600 ； 所述的超聲分散時間為20 40min ；所述的鈦酸四丁酯與上轉(zhuǎn)換劑中氧化釔的摩爾比為 95 5;所述的乙醇水溶液為水與乙醇以體積比1 5混合的混合物，鈦酸四丁酯與水的摩爾比為1 1 3 ；所述的煅燒為在450 550°C下保溫2_3h。
上述紅外光響應型光催化劑可在污水處理和污染空氣處理中應用。
本發(fā)明制得的紅外光響應型光催化劑，物相均勻、化學穩(wěn)定性好、無毒無輻射，屬于綠色環(huán)保型環(huán)境材料和能源材料；太陽光下光催化活性高，在太陽光下對造紙廢水的 COD去除率可比純TW2提高近一倍；且由于所用制備方法是在液相中獲得前驅(qū)體，各組分的含量可精確控制，反應組分可以在分子水平上混合均勻。本發(fā)明制備方法是以檸檬酸為燃燒劑，采用溶膠-凝膠燃燒法制備出上轉(zhuǎn)換劑(Ytl.D95-JbxTmatlJ2O3,然后通過溶液法制備以上轉(zhuǎn)換劑為核、T^2為殼的核殼型復合光催化劑(形貌見附圖)，工藝簡單、產(chǎn)物可控、安全且節(jié)省能源。


圖1為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物的SEM照片；
圖2為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物的TEM照片。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。
實施例1
分別稱取2. 68g硝酸釔、0. 072g硝酸鐿、0. OlSg硝酸銩及5. 76g檸檬酸溶于水中， 經(jīng)溶解后加熱攪拌，然后在750°C下保溫2. 5h即可得到所需的上轉(zhuǎn)換劑。將0. 012g上轉(zhuǎn)換劑^O3:%3+，Tm3+加入到IOml乙醇中超聲分散，然后在磁力攪拌下加入0. 3細1鈦酸四丁酯?；旌暇鶆蚝?，緩慢加入含有0.5ml H2O和2.5ml乙醇的混合溶液。待反應完全后，將沉淀經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后于450°C下煅燒2.證，得到紅外光響應光催化劑；產(chǎn)物形貌如圖1、 圖2所示。
實施例2
分別稱取2. 73g硝酸釔、0. Ollg硝酸鐿、0. OlSg硝酸銩及6. 82g檸檬酸溶于水中， 經(jīng)溶解后加熱攪拌，然后在800°C下保溫池即可得到所需的上轉(zhuǎn)換劑。將0. 012g上轉(zhuǎn)換劑^o3:%3+，Tm3+加入到IOml乙醇中超聲分散，然后在磁力攪拌下加入0. 3細1鈦酸四丁酯。 混合均勻后，緩慢加入含有0.5ml H2O和2.5ml乙醇的混合溶液。待反應完全后，將沉淀經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后于500°C下煅燒池，得到紅外光響應光催化劑。
實施例3
分別稱取2. 74g硝酸釔、0. OlSg硝酸銩及5. 76g檸檬酸溶于水中，經(jīng)溶解后加熱攪拌，然后在800°c下保溫池即可得到所需的上轉(zhuǎn)換劑。將0. 012g上轉(zhuǎn)換劑103:%3+，Tm3+ 加入到IOml乙醇中超聲分散，然后在磁力攪拌下加入0. 3細1鈦酸四丁酯?；旌暇鶆蚝?，緩慢加入含有0.5ml H2O和2.5ml乙醇的混合溶液。待反應完全后，將沉淀經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后于500°C下煅燒池，得到紅外光響應光催化劑。
催化降解試驗
稱取0. 12g上述(YQ.995_xYbxTm0.005) 203iTi02光催化劑加入到30ml造紙廢水中，并在光照之前置于暗室中磁力攪拌30min中以達到吸附/脫附平衡。然后，在500W Xe燈(190nm < λ < IlOOnm)照射下于OCRV-SIV光催化反應儀中進行光降解實驗，其COD測試結(jié)果見以下附表。
光催化劑降解后的造紙廢水COD結(jié)果
權利要求
1.一種紅外光響應型光催化劑，其特征是，它是以上轉(zhuǎn)換劑為核，以TiO2為殼的核殼結(jié)構，其化學式為(YQ.995-xYbxTm_5) 203OTi02，所述的上轉(zhuǎn)換劑為(Y。.995-xYbxTm_5) 203，其中 χ = 0 0. 1。
2.根據(jù)權利要求1所述的紅外光響應型光催化劑，其特征是，它為球形顆粒狀，尺寸在 100-300nm。
3.—種紅外光響應型光催化劑的制備方法，其特征是，包括步驟如下(1)按摩爾比0.995-x χ 0.005將硝酸釔、硝酸鐿、硝酸銩溶于去離子水中，其中χ =0 0. 1 ；混合均勻后加入檸檬酸，溶解后加熱攪拌直至溶液變成黏性淡黃色的溶膠；而后將上述溶膠在750 850°C下保溫2-3h，得到上轉(zhuǎn)換劑(Ya 995-xYbxTm_5) 203 ；(2)將上轉(zhuǎn)換劑加入乙醇中超聲分散，在不斷磁力攪拌下加入鈦酸四丁酯混合均勻，然后緩慢加入乙醇水溶液，最后將所得沉淀抽濾、洗滌、干燥后煅燒，得到產(chǎn)品(Yo.995-xYbxTm0.005) 203@Ti02。
4.根據(jù)權利要求3所述的紅外光響應型光催化劑的制備方法，其特征是，步驟(1)中所述的硝酸根與檸檬酸的摩爾比為1 1 1.5。
5.根據(jù)權利要求3所述的紅外光響應型光催化劑的制備方法，其特征是，步驟O)中所述的超聲分散中上轉(zhuǎn)換劑與乙醇的摩爾比為1 3000 3600;所述的超聲分散時間為 20 40min。
6.根據(jù)權利要求3所述的紅外光響應型光催化劑的制備方法，其特征是，步驟( 中所述的鈦酸四丁酯與上轉(zhuǎn)換劑中氧化釔的摩爾比為95 5。
7.根據(jù)權利要求3所述的紅外光響應型光催化劑的制備方法，其特征是，步驟( 中所述的煅燒為在450 550°C下煅燒2 3h。
8.權利要求1或2所述的紅外光響應型光催化劑在污水處理和污染空氣處理中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紅外光響應型光催化劑及其制備方法和應用，該種催化劑是以上轉(zhuǎn)換劑為核，以TiO2為殼的核殼結(jié)構，其化學式為(Y0.995-xYbxTm0.005)2O3@TiO2，所述的上轉(zhuǎn)換劑為(Y0.995-xYbxTm0.005)2O3，其中x＝0～0.1。其制備是先將硝酸釔、硝酸鐿、硝酸銩、檸檬酸溶于水中制得溶膠，然后將溶膠加入鈦酸四丁酯和乙醇反應制得光催化劑。本發(fā)明工藝簡單、產(chǎn)物可控，產(chǎn)物能大大提高了光催化反應對太陽光的利用率，且材料本身無毒、經(jīng)濟，可廣泛應用于水污染治理領域。
文檔編號C02F103/28GK102489288SQ20111039488
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者修志亮, 劉素文, 張海萍, 李堂剛, 許鳳秀 申請人:山東輕工業(yè)學院