專利名稱：一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑的制備方法，特別是涉及一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦是一種無毒無害的新型無機功能材料，具有比表面積大、光吸收性能好等優(yōu)點，已廣泛用于催化劑、傳感器、精細陶瓷及光電池等領(lǐng)域。納米二氧化鈦在紫外光的照射下，能產(chǎn)生光生電子和空穴，光生電子有強還原能力，光生空穴有強氧化能力，光生電子和空穴能分解、凈化如氨、胺、酚類等無機和有機廢水，并對細菌有殺滅作用。如JP2-9850B公開了用二氧化鈦分解廢物中的有害物質(zhì)。納米二氧化鈦還具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐光腐蝕性，在光催化、光降解、環(huán)境處理等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。納米二氧化鈦的光催化活性已是眾所周知，但目前二氧化鈦光催化劑仍然有其不 足之處(1)其禁帶寬度較寬，光吸收僅局限于紫外光區(qū)，光催化活性較低；(2)納米二氧化鈦顆粒懸浮體系易于流失，存在回收困難等問題，因此一直未能在光催化氧化、廢水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。研究證明，摻雜改性可有效拓寬二氧化鈦的光譜響應(yīng)范圍，提高其光催化活性；通過將二氧化鈦固定在某種介質(zhì)(如硅膠、高分子膜、多孔鋁陶瓷載體等)上可以使二氧化鈦回收時易于分離，但由于固定化技術(shù)還不成熟，致使催化劑表面積減小，影響其催化活性。鑒于摻雜納米二氧化鈦纖維材料不僅具有相當高的光催化活性，而且有一定的體積，不易流失，易于回收過濾等優(yōu)點，最近幾十年將二氧化鈦纖維材料作為光催化劑和催化劑載體的研究一直備受關(guān)注。目前，制備二氧化鈦纖維的方法主要有溶膠-凝膠法、水熱法、兩步合成法等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，所得共摻雜二氧化鈦纖維材料骨架由小于50 nm的銳鈦礦納米晶粒組成，孔徑分布較窄，比表面積大于220 m2/g，制得的光催化劑不易流失，容易回收、光催化活性高。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其制備過程中摻雜硼和鈰，摻雜量以光催化劑中B元素及Ce元素與Ti元素的摩爾比計，其值為B Ce Ti =(0. I I. 0) (0. 05 I. 0) 10. 0 ;制備過程如下
(1)將去離子水和無水乙醇混合，配成A溶液，稱取計量質(zhì)量的硼摻雜前驅(qū)體與鋪摻雜前驅(qū)體溶于A溶液中，硼摻雜前驅(qū)體、鋪摻雜前驅(qū)體和醇的摩爾比為(0. Tl. 0) (0.05 1.0) (I 10);
(2)將二氧化鈦前驅(qū)體和有機酸混合，攪拌下緩慢加入到無水乙醇和乙酰丙酮的混合液中，調(diào)節(jié)溶液PH值，配成B溶液；
(3)攪拌下，將A溶液緩緩滴入到B溶液中，得到均勻透明的溶液，繼續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的TiO2溶膠；
(4)將洗滌干燥后的定量脫脂棉線放入TiO2溶膠中充分浸潰后，將脫脂棉線拉出，放在空氣中靜置陳化，在恒溫干燥箱中進行干燥處理；
(5)將干燥后的浸潰脫脂棉線放入馬弗爐進行高溫焙燒即可得到具有棉線纖維形態(tài)的硼、鈰共摻雜納米TiO2中空纖維材料。所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其所述的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料具有較窄的孔徑分布，孔徑尺寸集中分布在1(T30 nm之間，平均孔徑20. 5 nm,和大于220 m2/g的比表面積。所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，以鈦酸四乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸四正丁酯為二氧化鈦前驅(qū)體。 所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其所述醇為乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇或丁二醇一種或幾種醇的混合物。所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，所述有機酸為乙酸、丙酸、乙二酸、丁酸一種或幾種酸的混合物。所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，以硼酸或硼酸三乙酯為硼摻雜前驅(qū)體。所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，以硝酸鈰銨、醋酸鋪或硝酸鋪為鋪摻雜前驅(qū)體。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
I.本發(fā)明制備方法簡單，操作簡便，反應(yīng)條件溫和，制備時間短，易于推廣應(yīng)用。2.本發(fā)明制備的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料，具有一定硬度，不易碎裂，固液分離容易，可有效避免催化劑流失、回收困難等問題，在光催化氧化、廢水處理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明實施例I中所制備的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦纖維的SEM 圖2為本發(fā)明實施例2中所制備的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦纖維的SEM圖。注本發(fā)明的圖I一圖2為產(chǎn)物狀態(tài)的分析示意照片，圖中文字或影像不清晰并不影響對本發(fā)明技術(shù)方案的理解。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例I :
在室溫下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗的500 mL三口瓶中，加入20 mL鈦酸四丁酯溶于40 mL無水乙醇，磁力攪拌下滴加入10 mL乙酰丙酮和15 mL冰醋酸，再以I滴/秒個速度加入含有0.05 g硼酸和0.33 g硝酸鈰銨的80 mL無水醇和15 mL水的混合液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌2 h,靜置48 h。稱取已預處理的脫脂棉線5 g,放入已制備好的150 mL TiO2溶膠中浸潰48 h后，80°C蒸干溶劑，干燥12 h后在氮氣保護下馬弗爐中500°C焙燒2 h，得到平均孔徑22 nm，比表面積230 m2/g的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料。
以功率20 W的紫外燈(275 nm)做光源，進行光催化降解亞甲基藍的反應(yīng)，初始反應(yīng)條件為亞甲基藍初始濃度20 mg/L，催化劑用量1.0 g/L，光照時間2 h，攪拌速度180 r/min，裝有亞甲基藍溶液和光催化劑的石英管距離光源20 mm，亞甲基藍的降解率可達96%。實施例2:
在室溫下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗的500 mL三口瓶中，加入20 mL鈦酸四丁酯溶于40 mL無水乙醇，磁力攪拌下滴加入10 mL乙酰丙酮和15 mL冰醋酸，再以I滴/秒個速度加入含有0.12 g硼酸三乙酯和0.26 g硝酸鈰的80 mL無水醇和15 mL水的混合液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌2 h，靜置48 h。稱取已預處理的脫脂棉線5 g，放入已制備好的150 mLTiO2溶膠中浸潰48 h后，80°C蒸干溶劑，干燥12 h后在氮氣保護下馬弗爐中500°C焙燒2h，得到平均孔徑20 nm，比表面積238 m2/g的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料。以功率20 W的紫外燈(275 nm)做光源，進行光催化降解亞甲基藍的反應(yīng)，初始反應(yīng)條件為亞甲基藍初始濃度20 mg/L，催化劑用量1.0 g/L，光照時間2 h，攪拌速度180 r/ min，裝有亞甲基藍溶液和光催化劑的石英管距離光源20 mm，亞甲基藍的降解率可達98%。
權(quán)利要求
1.一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，制備過程中摻雜硼和鋪，摻雜量以光催化劑中B元素及Ce元素與Ti元素的摩爾比計,其值為B : Ce : Ti = (0. I I. 0) (0. 05 I. 0) 10. 0 ;制備過程如下 (1)將去離子水和無水乙醇混合，配成A溶液，稱取計量質(zhì)量的硼摻雜前驅(qū)體與鋪摻雜前驅(qū)體溶于A溶液中，硼摻雜前驅(qū)體、鋪摻雜前驅(qū)體和醇的摩爾比為(0. Ti. 0) : (0.05 1.0) : (Tio)； (2)將二氧化鈦前驅(qū)體和有機酸混合，攪拌下緩慢加入到無水乙醇和乙酰丙酮的混合液中，調(diào)節(jié)溶液PH值，配成B溶液； (3)攪拌下，將A溶液緩緩滴入到B溶液中，得到均勻透明的溶液，繼續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的TiO2溶膠； (4)將洗滌干燥后的脫脂棉線放入TiO2溶膠中充分浸潰后，將脫脂棉線拉出，放在空氣中靜置陳化，在恒溫干燥箱中進行干燥處理； (5)將干燥后的浸潰脫脂棉線放入馬弗爐進行高溫焙燒即可得到具有棉線纖維形態(tài)的硼、鈰共摻雜納米TiO2中空纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，所述的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料具有較窄的孔徑分布，孔徑尺寸集中分布在10 30 nm之間,平均孔徑20. 5 nm,和大于220 m2/g的比表面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，以鈦酸四乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸四正丁酯為二氧化鈦前驅(qū)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，所述醇為乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇或丁二醇一種或幾種醇的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，所述有機酸為乙酸、丙酸、乙二酸、丁酸一種或幾種酸的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，以硼酸或硼酸三乙酯為硼摻雜前驅(qū)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，其特征在于，以硝酸鈰銨、醋酸鈰或硝酸鈰為鈰摻雜前驅(qū)體。
全文摘要
一種硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料的制備方法，涉及一種光催化劑的制備方法，采用醇解法制備具有較大比表面積和高光催化活性的硼、鈰共摻雜納米二氧化鈦中空纖維材料，在制備過程中摻雜硼和鈰，摻雜量以B及Ce與Ti元素的摩爾比計，其值為B∶Ce∶Ti=(0.1~1.0)∶(0.05~1.0)∶10.0。本發(fā)明具有原料易得、制備方法簡單、制備時間短等優(yōu)點，經(jīng)過摻雜硼和鈰，納米二氧化鈦中空纖維材料的光催化活性有明顯提高。所制備的共摻雜二氧化鈦纖維骨架由小于50nm的銳鈦礦納米晶粒組成，孔徑分布較窄，平均孔徑20.5nm，比表面積大于220m2/g，光催化活性高，適用于光催化等領(lǐng)域。
文檔編號B01J35/06GK102698730SQ201210145409
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者劉浩, 周明濤, 姚淑華, 石中亮, 鄭冬松 申請人:沈陽化工大學