本發(fā)明涉及一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，屬于光催化劑技術領域。

背景技術：

在我國的生態(tài)污染中，水污染尤其嚴重。然而現(xiàn)在處理水污染的技術存在很多問題，例如成本高昂，操作繁瑣等等，制約了水污染處理的發(fā)展，因此建立有效的降解水中有機污染物的方法對于保護水資源起著重要的作用。

光催化技術比于傳統(tǒng)水污染處理技術有著很大的優(yōu)勢，它集合了催化降解與吸附兩個優(yōu)點，有機污染與無機污染可以同時處理，并且存在二次污染少、反應條件適中和催化劑具有可重復利用的優(yōu)點。tio2顆粒具備優(yōu)良的化學性質與物理性質，成為研究的熱點，它主要應用于廣泛應用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。在光催化領域中，那納米tio2顆粒是非常受關注的，它擁有非常好的光催化性能。在紫外光的照射下，處于價帶上的電子就會被激發(fā)到導帶上，并在電場的作用下遷移到粒子表面，于是價帶上產生了具有高活性的空穴-電子對?？昭梢詩Z取吸附在顆粒上的物質的電子，從而生成?oh，而電子則可以與h2o和o2反應，也可以生成?oh，而?oh具有極強的氧化性，因此可以催化降解有機污染物。但是我們知道，tio2是寬禁帶半導體化合物，只有波長較短的部分紫外光（＜387nm）才能被吸收，而這部分紫外（300-400nm）光只占到達地面的太陽光的3%～4%，因此太陽光能的利用率很低。另一方面，受光激發(fā)形成的空穴和電子容易復合，光量子效率較低，這些缺點就減弱了二氧化鈦光催化的性能。因此通常需要對tio2表面進行修飾,如表面貴金屬沉積、離子摻雜、半導體修飾等,其中半導體復合是一種有效的方法。

二氧化鈰作為稀土元素鈰的一種氧化物，具有立方螢石型結構和很好的儲氫能力。其具備的螢石型結構中，晶胞中的每個ce⁴⁺按面心立方點陣排列,o^2-占據(jù)所有的四面體位置,每個ce⁴⁺周圍被個8個o^2-包圍,而每個o^2-則與最近的4個ce⁴⁺配位。當二氧化鈰顆粒尺寸降到納米級別時，它外層與次外層電子會變得不穩(wěn)定，會使得鈰的價態(tài)在三價與四價間轉化，并且其表面及體相的晶格氧原子能夠直接參與反應并被消耗,所以同時會形成氧空位，而二氧化鈰納米棒中氧空位的產生與消除直接伴隨著氧的放出和存儲過程，使其具備獨特的氧化還原性能。

tio2與ceo2的復合，具有很多優(yōu)點。ceo2由于4f軌道的不穩(wěn)定，會搶奪tio2的光生電子，這就大大得減緩了光生電子與空穴的復合，此外，由于光生電子躍遷的因素，部分tio2的晶型會由銳鈦礦型轉變?yōu)槲炇停炇蛅io2的紫外吸收能力要明顯高ceo2及銳鈦礦型tio2，另外，ceo2的導帶低于螢石型tio2，提高了光生電子的傳輸能力，使載流子數(shù)量增多，紫外吸收能力增強，也提高了對太陽光的利用。

目前制備二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑已有一些方法，但或多或少都有一些不足之處。例如李躍軍，曹鐵平，王長華，邵長路的《ceo2/tio2復合納米纖維的制備及光催化性能研究》一文，提到采用同軸靜電紡絲法制備了ceo2-tio2復合納米纖維，這項技術雖然有一些的優(yōu)點，但是易受到紡絲體系和制備條件限制，目前，利用靜電紡絲技術制備ceo2-tio2復合納米纖維并用于有機污染物的研究鮮見報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，以七水三氯化鈰，氫氧化鈉，去離子水，三氯化鈦，乙醇為原料，通過水熱法制備出二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑。本產品制備簡單，成本低廉，具備良好的催化以及吸附性能，在常溫常壓，太陽光照射下，即可將有機污染物催化降解完全，降解產物無污染，而且該催化劑能夠吸附無機污染物，例如重金屬離子。本發(fā)明還對所制備的光催化劑進行了光催化性能，吸附性能的研究，實驗采用玫瑰紅，硝酸鉛分別作為光催化，吸附實驗的污染物，研究表明該催化劑的性能良好。

一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，步驟如下：

合成二氧化鈰納米棒：

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，2.4～6.4gnaoh加入15～40ml去離子水中溶解，制成b液，把a液和b液混合，攪拌10～30min之后，將混合溶液加入到反應釜中，130℃下反應18h，產物用去離子水洗滌，然后在室溫下干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，制備得到二氧化鈰納米棒；

合成ceo2/tio2光催化劑：

將步驟（1）制備的100～200mg二氧化鈰納米棒放入50-100ml水中攪拌，然后加入0.095～0.38mlticl3溶液，將混合液攪拌30min，放入反應釜中，在180℃下反應12h，反應結束后，將產物用去離子水和乙醇反復清洗后，放入真空干燥箱中60℃干燥得到二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑。

本發(fā)明的原理是二氧化鈦能級差較小，其可以在紫外光作用下產生能級躍遷，形成光生電子-空穴對。此種結構可以在水中生成oh·(羥基自由基)，oh·與污染物反應，將污染物降解為水、二氧化碳等物質。二氧化鈰具有立方螢石型結構和很好的儲氫能力，因此具有較多的氧空位和較低的氧化還原電勢。二者在納米尺寸下，形成的復合物減緩了空穴-電子的復合，提高了反應效率，另外二氧化鈰顆粒本身就具有催化特性，摻雜后又使部分二氧化鈦的晶型改變，亦提高了催化性能。

本發(fā)明的優(yōu)點為

1、ceo2/tio2納米復合物與其他的光催化劑相比，太陽光的利用率高，具有較強的光催化性能。

2、ceo2/tio2納米復合物對有機污染物有較強的降解作用，對重金屬離子也有較強的吸附能力。

3、ceo2/tio2納米復合物光催化劑無毒，催化劑本身擁有很好的環(huán)保性能，對于使用者和環(huán)境都非常友好。

4﹑ceo2/tio2納米復合物使用方式簡單，只要將催化劑投入污水中，然后在自然光下照射就可以，在常溫常壓下就可以使用。

附圖說明

圖1：本發(fā)明二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑的拉曼圖。

圖2：本發(fā)明二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑光催化性能圖。

圖3：本發(fā)明二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑吸附性能圖。

圖4：本發(fā)明二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑粒徑分布圖。

圖5：本發(fā)明二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑電鏡圖。

具體實施方式

實施例1

一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，步驟如下：

合成二氧化鈰納米棒：

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，2.4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應釜中，反應130℃下反應18h，產物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，制備得到二氧化鈰納米棒；

合成ceo2/tio2光催化劑：

將步驟（1）制備的100mg二氧化鈰納米棒放入50-100ml水中攪拌，然后加入0.095mlticl3溶液，將混合液攪拌30min，放入反應釜中，在180℃下反應12h，反應結束后，將產物用去離子水和乙醇反復清洗后，放入真空干燥箱中60℃干燥得到二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑，即為10%的ceo2/tio2納米復合物，二氧化鈦的質量占二氧化鈰的質量的10%。

實施例3

一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，步驟如下：

合成二氧化鈰納米棒：

同實施例1。

合成ceo2/tio2光催化劑：

將步驟（1）制備的100mg二氧化鈰納米棒放入50-100ml水中攪拌，然后加入0.19mlticl3溶液，將混合液攪拌30min，放入反應釜中，在180℃下反應12h，反應結束后，將產物用去離子水和乙醇反復清洗后，放入真空干燥箱中60℃干燥得到二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑，即為20%的ceo2/tio2納米復合物，二氧化鈦的質量占二氧化鈰的質量的20%。

實施例4

一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，步驟如下：

合成二氧化鈰納米棒：

同實施例1。

合成ceo2/tio2光催化劑：

將步驟（1）制備的100mg二氧化鈰納米棒放入50-100ml水中攪拌，然后加入0.285mlticl3溶液，將混合液攪拌30min，放入反應釜中，在180℃下反應12h，反應結束后，將產物用去離子水和乙醇反復清洗后，放入真空干燥箱中60℃干燥得到二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑，即為30%的ceo2/tio2納米復合物，二氧化鈦的質量占二氧化鈰的質量的30%。

實施例5

一種二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦納米顆粒光催化劑的制備方法，步驟如下：

合成二氧化鈰納米棒：

同實施例1。

合成ceo2/tio2光催化劑：

將步驟（1）制備的100mg二氧化鈰納米棒放入50-100ml水中攪拌，然后加入0.38mlticl3溶液，將混合液攪拌30min，放入反應釜中，在180℃下反應12h，反應結束后，將產物用去離子水和乙醇反復清洗后，放入真空干燥箱中60℃干燥得到二氧化鈰納米棒摻雜二氧化鈦顆粒光催化劑，即為40%的ceo2/tio2納米復合物，二氧化鈦的質量占二氧化鈰的質量的40%。

實驗例1

測試光催化性能

用250ml燒杯程取50ml2.5ppm的玫瑰紅溶液，50mg本發(fā)明制得的催化劑放入其中。首先在暗處攪拌40min，每過20min取樣一次。接著將產品移動到氙燈下面，進行光照反應。每隔20min取樣一次，直到溶液變白為止。利用紫外光吸光光度計測量所取樣的濃度。

實驗例2

測試吸附性能

使用硝酸鉛作為鉛源，分別配置0.5ppm、0.1ppm、1ppm、10ppm、50ppm、200ppm、500ppm的鉛離子溶液。將上述7種濃度的溶液分別取50ml放置到7個燒杯中，每個燒杯中加入50mg本發(fā)明制得的催化劑，放置在振蕩器上震蕩6h,然后過濾溶液，得到7份溶液，用原子吸收光譜測試其鉛離子濃度。

通過下面附圖可知，在加入了tio2之后，復合物的吸光能力大大提高，可以在全光譜范圍內吸收光能。30%tio2/ceo2復合物光催化性能達到最好效果，可以光反應兩小時內將有機物絕大部分降解；其可以將10ppm鉛離子溶液中的鉛離子96.59%吸附掉，并且在鉛離子濃度達到500ppm時依然有63%以上的吸附效能，說明催化劑擁有良好的光催化性能和重金屬離子吸附能力。通過粒徑圖可知，30%tio2/ceo2復合物的粒徑在10nm范圍，說明催化劑尺寸很小，已經達到量子尺寸，擁有量子效應。