本發(fā)明屬于光催化材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種硅摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
：作為半導(dǎo)體光催化劑之一的tio2光催化材料是目前研究最多的一種新型環(huán)境友好材料，光催化劑的性質(zhì)是光催化氧化過程中的關(guān)鍵因素。tio2的晶型、晶粒大小和粒徑、表面態(tài)等因素對(duì)其光催化性能都有較大影響。表面積大的納米粒子由于其表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，決定了它具有很好的催化活性和選擇性。納米tio2由于其量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)變成分立能級(jí)，能隙變寬，導(dǎo)帶電位變的更負(fù)，而價(jià)帶電位變的更正，這意味著其具有更強(qiáng)的氧化和還原能力；又因?yàn)榧{米粒子的粒徑小，光生載流子比粗顆粒更加容易從粒子內(nèi)部遷移到表面，明顯減小了電子與空穴的復(fù)合幾率，也有利于提高光催化性能。因此，制備比表面積大、粒徑小的tio2已成為光催化領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。最近文獻(xiàn)報(bào)道硅摻雜的tio2具有大的比表面和小的粒徑，在光催化中表現(xiàn)出優(yōu)越的光催化能力。但是目前硅摻雜tio2的制備主要是通過硅和ti的前驅(qū)體共水解來實(shí)現(xiàn)。這些方法由于要控制鈦前驅(qū)體的水解，使得制備工藝很復(fù)雜，而且反應(yīng)時(shí)間較長，得到的tio2需要經(jīng)過高溫后處理才能得到結(jié)晶好的tio2。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種硅摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，制備的光催化材料具有穩(wěn)定的光催化效果，同時(shí)也具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，以及性能穩(wěn)定性。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種硅摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，以二氧化鈦為光催化主材料，以硅酸作為摻雜劑與酸性劑制備得到硅摻雜二氧化鈦材料。所述制備方法的具體步驟如下：步驟1，將納米二氧化鈦加入至無水乙醇中，加入分散劑，并攪拌均勻，得到二氧化鈦漿液；步驟2，將硅酸加入至二氧化鈦漿液中，進(jìn)行密封超聲分散，得到分散漿液；步驟3，將分散漿液放入密封反應(yīng)釜中，加入發(fā)泡劑密封反應(yīng)，冷卻后，得到反應(yīng)漿液；步驟4，將反應(yīng)漿液放入減壓蒸餾釜中，進(jìn)行減壓蒸餾，得到半固化漿料；步驟5，將半固化漿料進(jìn)行馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到硅摻雜二氧化鈦；步驟6，將硅摻雜二氧化鈦放入電解槽進(jìn)行電解活化，得到具有活性的硅摻雜二氧化鈦光催化劑。步驟1中的納米二氧化鈦加入無水乙醇形成醇漿液，所述無水乙醇的質(zhì)量是納米二氧化鈦的20-30倍，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述攪拌速度為100-500r/min。乙醇是良好的成膜劑，能夠?qū)⒓{米二氧化鈦分散均勻，形成懸濁狀，并且加入分散劑能夠提高二氧化鈦的懸濁性能，同時(shí)為后續(xù)硅酸加入形成預(yù)防機(jī)制，防止因水而二氧化鈦團(tuán)聚。步驟2中的硅酸加入量是二氧化鈦的2-5%，所述超聲的頻率為2-8khz。密封超聲的方式能夠?qū)⒐杷岱稚⒅翢o水乙醇中，在超聲作用下，將二氧化鈦與硅酸形成良好的分散體系，將硅酸粘附在二氧化鈦之間起到初步的表面硅吸附。步驟3中的發(fā)泡劑的加入量是納米二氧化鈦的1-1.5%，所述發(fā)泡劑采用氯化銨，所述密封反應(yīng)的溫度為70-80℃，所述壓力為0.1-0.3mpa。將發(fā)泡劑混合至分散漿液中，通過密封反應(yīng)的方式將發(fā)泡劑分解形成氨氣與氯化氫，能夠形成密封反應(yīng)體系的同時(shí)，發(fā)泡反應(yīng)帶動(dòng)硅的深入摻雜，形成二氧化鈦表面的硅摻雜改性。步驟4中的減壓蒸餾的壓力為0.03-0.06mpa，減壓蒸餾的溫度為60-70℃。步驟5中的高溫?zé)Y(jié)溫度為300-450℃，燒結(jié)時(shí)間為3-7h。采用燒結(jié)的方式能夠?qū)⒍趸伇砻娴挠袡C(jī)物快速氧化分解，形成水和二氧化碳，在二氧化鈦表面形成穩(wěn)定的二氧化硅摻雜，形成穩(wěn)定的硅摻雜。步驟6中的電解電壓為12-24v，電解時(shí)間為10-30min。本發(fā)明通過采用分散劑與無水乙醇配置二氧化鈦漿料，并加入硅酸形成超聲處理，得到硅吸附二氧化鈦，然后經(jīng)過發(fā)泡劑發(fā)泡反應(yīng)和減壓蒸餾得到半固化漿料，最后通過高溫?zé)Y(jié)形成硅摻雜二氧化鈦，并采用電解活化法進(jìn)行二氧化鈦活化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：（1）本發(fā)明的制備方法簡單快速，不涉及“三廢”的排放，符合節(jié)能減排的要求。（2）本發(fā)明制備的光催化材料具有穩(wěn)定的光催化效果，同時(shí)也具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，以及性能穩(wěn)定性。（3）本發(fā)明將硅酸作為摻雜劑與酸性劑，同時(shí)在制備方法中為硅酸的加入做好預(yù)防機(jī)制，不僅起到良好的摻雜效果，同時(shí)硅酸的采用也降低了有機(jī)材料的使用，增加摻雜效果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：實(shí)施例1一種硅摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，所述制備方法的具體步驟如下：步驟1，將納米二氧化鈦加入至無水乙醇中，加入分散劑，并攪拌均勻，得到二氧化鈦漿液；步驟2，將硅酸加入至二氧化鈦漿液中，進(jìn)行密封超聲分散，得到分散漿液；步驟3，將分散漿液放入密封反應(yīng)釜中，加入發(fā)泡劑密封反應(yīng)，冷卻后，得到反應(yīng)漿液；步驟4，將反應(yīng)漿液放入減壓蒸餾釜中，進(jìn)行減壓蒸餾，得到半固化漿料；步驟5，將半固化漿料進(jìn)行馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到硅摻雜二氧化鈦；步驟6，將硅摻雜二氧化鈦放入電解槽進(jìn)行電解活化，得到具有活性的硅摻雜二氧化鈦光催化劑。步驟1中的納米二氧化鈦加入無水乙醇形成醇漿液，所述無水乙醇的質(zhì)量是納米二氧化鈦的20倍，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述攪拌速度為100r/min。步驟2中的硅酸加入量是二氧化鈦的2%，所述超聲的頻率為2khz。步驟3中的發(fā)泡劑的加入量是納米二氧化鈦的1%，所述發(fā)泡劑采用氯化銨，所述密封反應(yīng)的溫度為70℃，所述壓力為0.1mpa。步驟4中的減壓蒸餾的壓力為0.03mpa，減壓蒸餾的溫度為60℃。步驟5中的高溫?zé)Y(jié)溫度為300℃，燒結(jié)時(shí)間為3h。步驟6中的電解電壓為12v，電解時(shí)間為10min。實(shí)施例2一種硅摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，所述制備方法的具體步驟如下：步驟1，將納米二氧化鈦加入至無水乙醇中，加入分散劑，并攪拌均勻，得到二氧化鈦漿液；步驟2，將硅酸加入至二氧化鈦漿液中，進(jìn)行密封超聲分散，得到分散漿液；步驟3，將分散漿液放入密封反應(yīng)釜中，加入發(fā)泡劑密封反應(yīng)，冷卻后，得到反應(yīng)漿液；步驟4，將反應(yīng)漿液放入減壓蒸餾釜中，進(jìn)行減壓蒸餾，得到半固化漿料；步驟5，將半固化漿料進(jìn)行馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到硅摻雜二氧化鈦；步驟6，將硅摻雜二氧化鈦放入電解槽進(jìn)行電解活化，得到具有活性的硅摻雜二氧化鈦光催化劑。步驟1中的納米二氧化鈦加入無水乙醇形成醇漿液，所述無水乙醇的質(zhì)量是納米二氧化鈦的30倍，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述攪拌速度為500r/min。步驟2中的硅酸加入量是二氧化鈦的5%，所述超聲的頻率為8khz。步驟3中的發(fā)泡劑的加入量是納米二氧化鈦的1.5%，所述發(fā)泡劑采用氯化銨，所述密封反應(yīng)的溫度為80℃，所述壓力為0.3mpa。步驟4中的減壓蒸餾的壓力為0.06mpa，減壓蒸餾的溫度為70℃。步驟5中的高溫?zé)Y(jié)溫度為450℃，燒結(jié)時(shí)間為7h。步驟6中的電解電壓為24v，電解時(shí)間為30min。實(shí)施例3一種硅摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，所述制備方法的具體步驟如下：步驟1，將納米二氧化鈦加入至無水乙醇中，加入分散劑，并攪拌均勻，得到二氧化鈦漿液；步驟2，將硅酸加入至二氧化鈦漿液中，進(jìn)行密封超聲分散，得到分散漿液；步驟3，將分散漿液放入密封反應(yīng)釜中，加入發(fā)泡劑密封反應(yīng)，冷卻后，得到反應(yīng)漿液；步驟4，將反應(yīng)漿液放入減壓蒸餾釜中，進(jìn)行減壓蒸餾，得到半固化漿料；步驟5，將半固化漿料進(jìn)行馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到硅摻雜二氧化鈦；步驟6，將硅摻雜二氧化鈦放入電解槽進(jìn)行電解活化，得到具有活性的硅摻雜二氧化鈦光催化劑。步驟1中的納米二氧化鈦加入無水乙醇形成醇漿液，所述無水乙醇的質(zhì)量是納米二氧化鈦的25倍，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述攪拌速度為300r/min。步驟2中的硅酸加入量是二氧化鈦的4%，所述超聲的頻率為5khz。步驟3中的發(fā)泡劑的加入量是納米二氧化鈦的1.3%，所述發(fā)泡劑采用氯化銨，所述密封反應(yīng)的溫度為75℃，所述壓力為0.2mpa。步驟4中的減壓蒸餾的壓力為0.04mpa，減壓蒸餾的溫度為65℃。步驟5中的高溫?zé)Y(jié)溫度為350℃，燒結(jié)時(shí)間為5h。步驟6中的電解電壓為18v，電解時(shí)間為20min。實(shí)施例4以gb/t23762-2009（光催化材料水溶液體系凈化測試方法）作為光催化材料的性能檢測方法，以實(shí)施例1與對(duì)比例進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。對(duì)比例采用相同粒徑的純二氧化鈦光催化劑。實(shí)施例與對(duì)比例處理亞甲基藍(lán)廢液的性能效果如下：實(shí)施例1對(duì)比例粒徑20nm20nm質(zhì)量10g10g光催化去除率90%75%光催化穩(wěn)定性95%90%經(jīng)對(duì)比例與實(shí)施例1比對(duì)，本發(fā)明制備的光催化材料具有良好的光催化穩(wěn)定性均在95%以上，光催化去除率為90%以上，高于對(duì)比例中的75%光催化去除率和90%光催化穩(wěn)定性。實(shí)施例5以gb/t23761-2009（光催化材料空氣凈化體系凈化測試方法）作為光催化材料的性能檢測方法，以實(shí)施例1與對(duì)比例進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。對(duì)比例采用相同粒徑的純二氧化鈦光催化劑。實(shí)施例與對(duì)比例處理乙醛氣體的空氣凈化性能效果如下：實(shí)施例1對(duì)比例粒徑100nm10nm質(zhì)量100g100g光催化去除率99%87%光催化穩(wěn)定性99%85%經(jīng)對(duì)比例與實(shí)施例1比對(duì)，本發(fā)明制備的光催化材料具有良好的光催化穩(wěn)定性均在99%以上，光催化去除率為99%以上，高于對(duì)比例中的87%光催化去除率和85%光催化穩(wěn)定性；經(jīng)過比對(duì)，本發(fā)明制備的硅摻雜二氧化鈦光催化劑具有良好的光催化性能，其光催化效果得到穩(wěn)步提高，同時(shí)穩(wěn)定性也得到了提高。以上所述僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12