專利名稱：一種TiO₂可見光光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種Ti02可見光光催化劑的制備方法。技術(shù)背景Ti02是應用最廣泛的光催化劑，但是其禁帶寬度(銳鈦礦Eg二 3.2eV)較寬，只能利用占太陽光3-4%的紫外光，嚴重制約了其對太 陽能的有效利用，必須對其進行改性，使其吸收邊延伸到可見光區(qū)。 眾多的研究結(jié)果表明，Ti02的非金屬N陰離子摻雜可以使其具有優(yōu) 異的可見光吸收，而Ti02的鹵素陰離子摻雜可以產(chǎn)生T產(chǎn)，大大提高 Ti02光催化劑的量子效率。因此，鹵素與N的陰離子共摻雜Ti02光 催化劑是一種非常理想的可見光光催化劑。但是現(xiàn)有的制備方法是高 溫濺射分解法(Spray Pyrolysis， SP)，需要高達900 。C的高溫條件 才能實現(xiàn)，簡單的設(shè)備和技術(shù)條件很難滿足，這大大限制了共摻雜 Ti02可見光光催化劑的應用，因而室溫和略高于室溫的低溫制備方法 特別值得期待。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種操作簡單、低溫條件下制備1102可見光 光催化劑的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的首先以大量的水使鈦醇鹽完全水解，然后加入無機酸膠溶，經(jīng)過水熱過程形成Ti02納米晶溶膠，再 與溴化胺直接反應制備N-Br共摻雜Ti02可見光光催化劑。本發(fā)明的制備方法如下(1) Ti02納米晶溶膠制備鈦醇鹽和乙醇按摩爾比0.5 1: 1反應2 10分鐘得到透明液體之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦醇鹽與水的摩爾比為1: 80 120，同時強烈攪拌，形成白色懸濁液后用無機酸調(diào)節(jié)pH值在1 3
之間，然后經(jīng)過10 30分鐘超聲處理，在80 160。C反應5 20小時，得到Ti02納米晶溶膠； (2)光催化劑制備 在快速攪拌下，溴化胺按溴化胺與鈦醇鹽的摩爾比1 3: l滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應5 10小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠，以乙醇為溶劑對所得干凝膠進行抽提萃取5 20小時，再在100 120'C下干燥10 30分鐘，得到Ti02 可見光光催化劑。如上所述的鈦醇鹽是鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四丁酯。 如上所述的無機酸是HC1或HN03。如上所述的溴化胺為溴化四甲銨、溴化四乙銨、十六垸基三甲基 溴化銨或戊基三甲基溴化銨本發(fā)明制備的Ti02可見光光催化劑在400 600 nm的可見光區(qū) 域有較強吸收，并且在〉420nm的可見光輻照下，16小時內(nèi)亞甲基藍 降解率高于50。％。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點-1. 操作簡單、反應條件溫和、設(shè)備成本低；2. 具有較強的可見光吸收；3. 具有優(yōu)異的可見光光催化性能。
具體實施方式
實施例1鈦酸四異丙酯和乙醇按摩爾比0.5: 1反應2分鐘得到透明液體。 之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四異丙酯與水的摩爾比為 1: 80，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HCl調(diào)節(jié)pH值為l， 然后經(jīng)過10分鐘超聲處理，在160。C反應5小時，得到Ti02納米晶溶膠。在快速攪拌下，溴化四甲銨按溴化四甲銨與鈦酸四異丙酯的摩爾
比h 1滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應5小時， 然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙醇為溶劑對所得干凝膠進行抽提萃取5小時，再在IO(TC下干燥30分鐘，得到棕黃色粉末 Ti02可見光光催化劑。該棕黃色粉末在400 600 nm的可見光區(qū)域有 較強吸收，并且在〉420nm的可見光輻照下，16小時內(nèi)亞甲基藍降解 率為50.6%。實施例2鈦酸四異丙酯和乙醇按摩爾比0.5: 1反應5分鐘得到透明液體。 之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四異丙酯與水的摩爾比為 h 100，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HCl調(diào)節(jié)pH值為2， 然后經(jīng)過15分鐘超聲處理，在IO(TC反應10小時，得到Ti02納米晶溶膠。在快速攪拌下，溴化四乙銨按溴化四乙銨與鈦酸四異丙酯的摩爾 比1.5: 1滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應5小時， 然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙醇為溶劑對所得干凝膠 進行抽提萃取8小時，再在ll(TC下干燥25分鐘，得到棕黃色粉末 Ti02可見光光催化劑。該棕黃色粉末在400 600nm的可見光區(qū)域有 較強吸收，并且在:^20nm的可見光輻照下，16小時內(nèi)亞甲基藍降解 率為51.3%。實施例3鈦酸四乙酯和乙醇按摩爾比h 1反應3分鐘得到透明液體。之 后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四乙酯與水的摩爾比為'l: 100，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HN03調(diào)節(jié)pH值為1.5， 然后經(jīng)過15分鐘超聲處理，在150'C反應5小時，得到Ti02納米晶 溶膠。在快速攪拌下，十六烷基三甲基溴化銨按十六烷基三甲基溴化銨 與鈦酸四乙酯的摩爾比3: l滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼 續(xù)回流反應10小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙 醇為溶劑對所得干凝膠進行抽提萃取10小時，再在ll(TC下干燥30
分鐘，得到棕黃色粉末Ti02可見光光催化劑。該棕黃色粉末在400 600 nm的可見光區(qū)域有較強吸收，并且在>420 nm的可見光輻照下， 16小時內(nèi)亞甲基藍降解率為52.6%。實施例4鈦酸四丁酯和乙醇按摩爾比0.8: 1反應5分鐘得到透明液體。 之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四丁酯與水的摩爾比為1: 120，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HCl調(diào)節(jié)pH值為2，然 后經(jīng)過30分鐘超聲處理，在150。C反應6小時，得到Ti02納米晶溶膠。在快速攪拌下，十六垸基三甲基溴化銨按十六烷基三甲基溴化銨與鈦酸四丁酯的摩爾比2: l滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼 續(xù)回流反應8小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙醇 為溶劑對所得干凝膠進行抽提萃取15小時，再在12(TC下干燥10分 鐘，得到棕黃色粉末Ti02可見光光催化劑。該棕黃色粉末在400 600 nm的可見光區(qū)域有較強吸收，并且在>420 nm的可見光輻照下，16 小時內(nèi)亞甲基藍降解率為51.9%。實施例5鈦酸四乙酯和乙醇按摩爾比0.8: 1反應5分鐘得到透明液體。 之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四乙酯與水的摩爾比為1: 100，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HN03調(diào)節(jié)pH值為2， 然后經(jīng)過15分鐘超聲處理，在8(TC反應20小時，得到Ti02納米晶溶膠。在快速攪拌下，溴化四甲銨按溴化四甲銨與鈦酸四乙酯的摩爾比 2: 1滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應9小時，然 后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙醇為溶劑對所得干凝膠進 行抽提萃取20小時，再在ll(TC下干燥25分鐘，得到棕黃色粉末Ti02 可見光光催化劑。該棕黃色粉末在400 600 nm的可見光區(qū)域有較強 吸收，并且在〉420nm的可見光輻照下，16小時內(nèi)亞甲基藍降解率高 于53.6%。
實施例6
鈦酸四丁酯和乙醇按摩爾比1: 1反應10分鐘得到透明液體。之 后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四丁酯與水的摩爾比為1: 110，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HCl調(diào)節(jié)pH值為1.5，然后經(jīng)過15分鐘超聲處理，在12(TC反應8小時，得到Ti02納米晶溶膠。
在快速攪拌下，戊基三甲基溴化銨按戊基三甲基溴化銨與鈦酸四 丁酯的摩爾比1.5: 1滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流 反應8小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙醇為溶劑 對所得干凝膠進行抽提萃取15小時，再在12(TC下干燥15分鐘，得 到棕黃色粉末Ti02可見光光催化劑。該棕黃色粉末在400 600 nm 的可見光區(qū)域有較強吸收，并且在〉420nm的可見光輻照下，16小時 內(nèi)亞甲基藍降解率為51.8%。
實施例7
鈦酸四異丙酯和乙醇按摩爾比0.5: 1反應5分鐘得到透明液體。 之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦酸四異丙酯與水的摩爾比為 1: 120，同時強烈攪拌。形成白色懸濁液后，用HN03調(diào)節(jié)pH值為 3，然后經(jīng)過10分鐘超聲處理，在15(TC反應5小時，得到Ti02納米 晶溶膠。
在快速攪拌下，十六烷基三甲基溴化銨按十六烷基三甲基溴化銨與鈦酸四異丙酯的摩爾比3: l滴加到Ti02納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應10小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠。以乙醇為溶劑對所得干凝膠進行抽提萃取15小時，再在iicrc下千燥20分鐘，得到棕黃色粉末Ti02可見光光催化劑。該棕黃色粉末在 400 600 nm的可見光區(qū)域有較強吸收，并且在>420 nm的可見光輻 照下，16小時內(nèi)亞甲基藍降解率為52.2%。 .
權(quán)利要求
1、一種TiO2可見光光催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)TiO2納米晶溶膠制備鈦醇鹽和乙醇按摩爾比0.5～1∶1反應2～10分鐘得到透明液體之后，將該液體滴加到去離子水中，使鈦醇鹽與水的摩爾比為1∶80～120，同時強烈攪拌，形成白色懸濁液后用無機酸調(diào)節(jié)pH值在1～3之間，然后經(jīng)過10～30分鐘超聲處理，在80～160℃反應5～20小時，得到TiO2納米晶溶膠；(2)光催化劑制備在快速攪拌下，溴化胺按溴化胺與鈦醇鹽的摩爾比1～3∶1滴加到TiO2納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應5～10小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到棕黃色干凝膠，以乙醇為溶劑對所得干凝膠進行抽提萃取5～20小時，再在100～120℃下干燥10～30分鐘，得到TiO2可見光光催化劑。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種Ti02可見光光催化劑的制備方法，其特 征在于所述的鈦醇鹽是鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四丁酯。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種Ti02可見光光催化劑的制備方法，其特 征在于所述的無機酸是HC1或HN03。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種Ti02可見光光催化劑的制備方法，其特 征在于所述的溴化胺為溴化四甲銨、溴化四乙銨、十六烷基三甲基溴 化銨或戊基三甲基溴化銨。
全文摘要
一種TiO₂可見光光催化劑的制備方法是將鈦醇鹽和乙醇反應得到透明液體之后，將該液體滴加到去離子水中，形成白色懸濁液后用無機酸調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過超聲處理，在80～160℃反應5～20小時，得到TiO₂納米晶溶膠；將溴化胺按溴化胺滴加到TiO₂納米晶溶膠中，滴加完畢繼續(xù)回流反應5～10小時，然后減壓蒸發(fā)溶劑，得到干凝膠，以乙醇為溶劑對干凝膠抽提萃取，在100～120℃下干燥，得到TiO₂可見光光催化劑。本發(fā)明具有操作簡單、反應條件溫和、設(shè)備成本低、較強的可見光吸收和良好的可見光光催化性能等優(yōu)點。
文檔編號B01J21/00GK101125293SQ20071013955
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者東 吳, 孫予罕, 耀 徐, 盛永剛 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所