專利名稱：一種提高納米TiO₂催化劑光催化效率的有效方法
一種提高納米TiOdt化劑光催化效率的有效方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高納米TiO2催化劑光催化效率的方法，屬于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
目前，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和綠 色環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，治理環(huán)境污染已成為人類社會(huì)亟待解決的重大課題。利用太陽(yáng)能，以TiO2為催化劑，光催化降解大氣和水中污染物是一門治理環(huán)境污 染的綠色科學(xué)技術(shù)。TiO2具有氧化能力強(qiáng)、光催化活性高、無(wú)毒、價(jià)廉以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)， 在光催化研究領(lǐng)域倍受人們的重視。但是，TiO2的禁帶寬度為3. 0 3. 2eV，只能被吸收紫外光(在太陽(yáng)光譜中紫外光 小于5% )，因此，TiO2的光催化量子效率較低。為了擴(kuò)展TiO2光譜響應(yīng)范圍，提高TiO2的 光催化效率，必須對(duì)TiO2進(jìn)行改性，例如，表面貴金屬沉積、金屬或非金屬離子摻雜等。這些 方法雖然在一定程度上擴(kuò)展了 TiO2光的響應(yīng)范圍，提高了 TiO2的光催化效率，但是由于成 本高、制備工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高，而且可能引入外來(lái)污染物等，因此，難以實(shí)現(xiàn)開發(fā)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供了一種提高納米TiO2催化劑光催化效率的有效方法，該方法 制備的催化劑于純TiO2相比，其可見光響應(yīng)獲得極大增強(qiáng)，而且紫外、可見光催化效率獲得
顯者提尚。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方案是以鈦酸酯或鈦酸鹽為前軀體，采用溶膠 凝膠法制備的納米TiO2為例。該納米TiO2經(jīng)過(guò)四丁基氫氧化氨溶液浸泡處理后，得到了高 效率的納米TiO2催化劑。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.采用物理化學(xué)方法制備的納米TiO2經(jīng)過(guò)四丁基氫氧化 氨溶液浸泡處理后，使該催化劑的紫外和可見光催化效率顯著提高。2.與浸泡處理前的 TiO2相比，浸泡處理后的TiO2催化劑分散性增強(qiáng)。3.本發(fā)明成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于操作 和設(shè)備要求低。本發(fā)明意味著在治理環(huán)境污染具有開發(fā)應(yīng)用的潛力。

圖1實(shí)施例1的可見光降解對(duì)氯苯酚曲線(與純TiO2比較)；圖2實(shí)施例1的紫外光降解對(duì)氯苯酚曲線(與純TiO2比較)；下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
具體實(shí)施方式本發(fā)明具體的方法如下1. TiO2制備在常溫下，將鈦酸酯或鈦酸鹽加入稀釋劑，鈦酸酯或鈦酸酯鹽和稀釋 劑的體積比為1 10 5 10;在劇烈攪拌下，加入水解催化劑，攪拌至凝膠；凝膠物經(jīng)
3120°C烘干，在400°C 500°C煅燒2. 0 4. 0小時(shí)，制得純納米TiO2粉末。2.高效率納米TiO2催化劑的制備將純納米TiO2放入四丁基氫氧化氨溶液中間 斷性攪拌10 100天，再用高純水洗滌至中性，放入干燥箱在60 100°C干燥4 12小 時(shí)，在300 500°C煅燒數(shù)2 4小時(shí)，即得到高效率納米TiO2光催化劑。以上制備過(guò)程中，鈦酸酯或鈦酸酯鹽可以選自下列一種或是幾種的混合 Ti (OC4H9) 4、Ti (OC2H5) 4、Ti (ISO-OC3H7)4, Ti (SO4) 2 或 TiCl4 等。四丁基氫氧化氨溶液的濃度為0. 001mol/L 0. 5mol/L。放入四丁基氫氧化氨溶液的納米TiO2濃度為0. 5g/L 50g/L。3. TiO2催化劑光催化效率的評(píng)價(jià)方法光催化實(shí)驗(yàn)在玻璃反應(yīng)器中進(jìn)行，以氙燈 作為外照光源，輻射波長(zhǎng)為λ > 330nm，在紫外光催化實(shí)驗(yàn)中催化劑用量為5mg，在可見光 催化實(shí)驗(yàn)中催化劑用量為IOmg(使用400nm濾光片，濾掉紫外光)，反應(yīng)器距光源13cm， 40ml濃度為5 X 10_5mol/L的對(duì)氯苯酚溶液作為目標(biāo)降解物，對(duì)氯苯酚溶液內(nèi)通O2量為6ml/ min，磁力攪拌保持體系中溶液濃度，反應(yīng)溫度(25士2°C)的平衡，每隔一定時(shí)間取1. 5ml 反應(yīng)液離心分離，取上層清液，以4-氨基氨替吡啉作為顯色劑，用紫外-可見分光光度計(jì) (UV-16PC，島津公司)測(cè)定溶液中氯苯酚的剩余濃度。計(jì)算單位時(shí)間催化劑的光催化效 率。實(shí)施例一室溫下，取40ml無(wú)水乙醇放入燒杯，再將其放至磁力攪拌機(jī)上攪拌，加加入稀釋 劑并攪拌，再加12ml鈦酸四酊酯，室溫下攪拌至膠狀，用恒溫干燥箱于60°C下恒溫干燥8 12小時(shí)，得固體干凝膠。將干凝膠用研缽研磨得純的TiO2納米粉體。取2g TiO2納米粉體 加入500ml四丁基氫氧化氨溶液(0. 0825mol/L)中，浸泡并間斷性攪拌30天，沉淀，用去離 子水把沉淀物洗滌至中性，然后放入干燥箱在100攝氏度下干燥8小時(shí)，研磨成粉體，然后 在400攝氏度下煅燒數(shù)2小時(shí)，即得到高效納米TiO2粉末光催化劑。所有樣品的光催化結(jié) 果如下圖所示圖1為可見光催化活性降解曲線，圖2為紫外光催化活性降解曲線，圖中A 為純TiO2,B為高效納米TiO2催化劑。在圖1和圖2中，Blank曲線均為空白試驗(yàn)(無(wú)催化 劑的光解實(shí)驗(yàn))，結(jié)果表明對(duì)氯苯酚幾乎沒(méi)有光解。樣品的可見光催化活性見圖1，在可見 光照射8小時(shí)后，高效納米TiO2催化劑降解對(duì)氯苯酚的降解率為71. 69%，而純TiO2的降 解率為20.8%。樣品紫外光催化活性見圖2，在紫外光照射1小時(shí)后，高效納米TiO2催化 劑降解對(duì)氯苯酚的降解率為70. 48%，而純TiO2降解對(duì)氯苯酚的降解率為49. 10%。實(shí)施 實(shí)例結(jié)果表明，與純TiO2相比，經(jīng)過(guò)四丁基氫氧化氨溶液浸泡處理后得到納米TiO2催化劑 的可見光催化活性提高了約3. 5倍，紫外光催化活性提高了約1. 5倍。
權(quán)利要求
一種提高納米TiO2催化劑光催化效率的方法，其特征在于采用物理或化學(xué)方法制備出的納米TiO2按一定的比例放入四丁基氫氧化氨溶液中浸泡處理，即得到高效納米TiO2催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米TiO2所采用物理或化學(xué)方法，其特征如下機(jī)械粉 碎法、濺射法、熱蒸發(fā)法、激光蒸發(fā)法、溶膠凝膠法，氣相水解法、氣相氧化法、膠溶法、水熱 合成法等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用四丁基氫氧化氨溶液處理納米TiO2的方法如下將物理 或化學(xué)方法制備得到納米TiO2按比例放入四丁基氫氧化氨溶液中浸泡并間斷性攪拌10 100天，沉淀，再用高純水將沉淀物洗滌至中性，放入干燥箱在60 100°C干燥4 12小時(shí)， 然后在300 500°C煅燒若干小時(shí)，即得到高效納米TiO2催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種提高納米TiO2催化劑光催化效率的方法，其特征在 于所述的四丁基氫氧化氨溶液的濃度為0. OOlmol/L 0. 5mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種提高納米TiO2催化劑光催化效率的方法，其特征在 于所述的放入四丁基氫氧化氨溶液中納米TiO2粉末的濃度為0. 5g/L 50g/L。
全文摘要
本發(fā)明述及一種提高納米TiO2催化劑光催化效率的方法。采用物理或化學(xué)方法制備出的納米TiO2，經(jīng)過(guò)四丁基氫氧化氨溶液浸泡處理，即得到高效納米TiO2催化劑。本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)制備催化劑的成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于操作和設(shè)備要求低。另外，催化劑的穩(wěn)定性好、分散性強(qiáng)，而且具有高的光催化效率。本發(fā)明將在治理環(huán)境污染領(lǐng)域得到開發(fā)應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01J37/02GK101920194SQ20101019666
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者曹亞安, 王恩君, 王海濤, 高冬子 申請(qǐng)人:南開大學(xué)