一種鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，將鈦酸四丁酯和硝酸鉻,溶解在草酸水溶液中，在加熱并且攪拌的條件蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，然后在馬弗爐進行熱處理即獲得鈦酸鉻多孔可見光催化材料。所述鈦酸四丁酯、硝酸鉻及草酸的摩爾比依次為5∶2：50～100。本發(fā)明工藝簡便易行，純度高，雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品制備成本低，性能優(yōu)異，可以工業(yè)化批量生產(chǎn)。本發(fā)明所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化材料作為可見光催化材料使用具有較高的催化活性，在降解染料廢水及室內(nèi)有害氣體，光催化消毒等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1972年，F(xiàn)ujishima等人在Nature上發(fā)表了利用T12半導(dǎo)體電極光分解水制取氫氣和氧氣的實驗結(jié)果后，半導(dǎo)體光催化的研究很快掀起了熱潮(參見Honda K, FujishimaA.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode.Nature，1972，238，37—38.)。光催化研究和應(yīng)用已進行了很多年，但目前報道的光催化劑仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜響應(yīng)范圍窄等諸多問題問題。關(guān)于鈦酸鹽光催化劑的報道有很多，例如中國專利CN201310406164報道了可見光響應(yīng)的光催化劑Sr3Ce2Ti6O19及其制備方法。中國專利CN105251475A報道了一種新型的光催化劑鈦酸鉻(Cr2Ti5O13)的制備方法和應(yīng)用，但是其固相反應(yīng)技術(shù)耗時較長且需要高溫條件，反應(yīng)通常是在700?1050°C下進行，從而限制了鈦酸鉻粉體的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種制備成本低，易于操作控制，反應(yīng)溫度低，目的產(chǎn)物收率高，均一性好，且具有較高催化活性的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法。通過多組對比試驗，發(fā)現(xiàn)草酸在制備工藝中起著重要作用。所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化材料，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工藝條件下，60分鐘降解率達到了 96%以上。本發(fā)明制備方法同樣可以應(yīng)用于其它功能材料的化學(xué)合成研究，且具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。
[0005]一種鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，系將鈦酸四丁酯和硝酸鉻，溶解在草酸水溶液中，在加熱并且攪拌的條件蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，接續(xù)高溫反應(yīng)后，即得目的產(chǎn)物。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述鈦酸四丁酯、硝酸鉻及草酸的摩爾比依次為5:2:50?100
[0007]進一步地，本發(fā)明所述的鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.01?0.2mol/Lo
[0008]進一步地，本發(fā)明所述的草酸的摩爾濃度為0.1?2.0 mol/Lo
[0009]進一步地，本發(fā)明在所述的加熱并且攪拌的條件中，加熱溫度為100°C，攪拌速度為60?300轉(zhuǎn)/分鐘。
[0010]進一步地，本發(fā)明所述的交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C，交聯(lián)反應(yīng)時間為2?8 h。
[0011]更進一步地，本發(fā)明所述的高溫反應(yīng)溫度在500?600 °C，反應(yīng)時間為4?8 h。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點。
[0013](I)本發(fā)明開發(fā)了制備鈦酸鉻多孔可見光催化材料新工藝路線，產(chǎn)品孔道尺寸在10?20nm之間，禁帶寬度在1.9?2.leV。該工藝制備成本低，操作容易控制，具有較高的生產(chǎn)效率，可以實現(xiàn)工業(yè)化大量生產(chǎn)。
[0014](2)目的產(chǎn)物收率(99.0%?99.6%)，產(chǎn)品純度高(99.5 %?99.7 % )可滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)梢姽獯呋牧系囊蟆?br>[0015](3)本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物鈦酸鉻多孔可見光催化材料是可見光催化材料，60分鐘降解率可達到(96.0 %?99.0 % )，具有較高的催化活性。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0017]圖1為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料SEM圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料SEM圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料SEM圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料SEM圖。
[0021 ]圖5為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料SEM圖。
[0022]圖6為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料X射線衍射圖。
[0023]圖7為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料紫外可見光譜圖。
[0024]圖8為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料禁帶寬度圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明設(shè)計出一種化學(xué)制備方法，通過新的化學(xué)途徑制備鈦酸鉻多孔可見光催化材料，其光催化性質(zhì)可以通過光催化降解典型的染料甲基橙進行評估。本發(fā)明以鈦酸四丁酯和硝酸鉻，溶解在草酸水溶液中，在加熱并且攪拌的條件蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，接續(xù)高溫反應(yīng)后，即得目的產(chǎn)物。本發(fā)明制備步驟是。
[0026](I)將鈦酸四丁酯和硝酸鉻，溶解在草酸水溶液中，鈦酸四丁酯和硝酸鉻的摩爾比為5:2;鈦酸四丁酯和草酸的摩爾比為1:10?20;鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.01?0.2 mol/L;草酸的摩爾濃度為0.1?2.0 mol/Lo
[0027](2)將得到混和溶液在加熱并且攪拌的條件蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)。加熱溫度為100 °C，攪拌速度為60?300轉(zhuǎn)/分鐘；交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400 °C，交聯(lián)反應(yīng)時間為2?4h0
[0028](3)交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束，再進行高溫煅燒，高溫反應(yīng)溫度在500?600 °C，反應(yīng)時間為4?8 h，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0029](4)利用所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解1mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為300W氙燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度變化。
[0030]參見圖1?5所示，為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料SEM圖，可以看出產(chǎn)物為孔道結(jié)構(gòu)分布均一性較好多孔納米材料。圖6為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見光催化材料X射線衍射圖，PDF卡號為:35-0099。圖7為本發(fā)明所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的紫外光譜圖，的吸收邊在600 nm左右(圖7)，禁帶寬度約2.0 eV(圖8)。
[0031]實施例1。
[0032]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液，在100°C加熱，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.05 11101/1，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在200°C，反應(yīng)時間為2小時，交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在600 °C，反應(yīng)時間為4 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0033]產(chǎn)品孔道尺度在10?12nm之間，禁帶寬度為2.leV，其產(chǎn)品的收率為99.1%。產(chǎn)品純度99.5%，雜質(zhì)含量:碳小于0.5%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為300W氣燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為96.2%ο
[0034]實施例2。
[0035]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液，在100°C加熱，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5: 2:100。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.1 11101/1，草酸的摩爾濃度為1.0 mol/L。蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在400°C，反應(yīng)時間為4小時，交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在500 °C，反應(yīng)時間為8 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0036]產(chǎn)品孔道尺度在15?20nm之間，禁帶寬度為1.9eV，其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度99.6%，雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為300W氣燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為96.9%ο
[0037]實施例3。
[0038]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液，在100°C加熱，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.2 11101/1，草酸的摩爾濃度為2.0 mol/L。蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在300°C，反應(yīng)時間為3小時，交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在600 °C，反應(yīng)時間為6 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0039 ] 產(chǎn)品孔道尺度在1?15 nm之間，禁帶寬度為2.0eV，其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為300W氙燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為98.1%。
[0040]實施例4。
[0041]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液，在100°C加熱，攪拌速度為60轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.05 11101/1，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在400°C，反應(yīng)時間為2小時，交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在500 °C，反應(yīng)時間為8 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0042 ] 產(chǎn)品孔道尺度在15?18nm之間，禁帶寬度為2.1 eV，其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度99.6%，雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為300W氣燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為99.0%ο
[0043]實施例5。
[0044]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液，在100°C加熱，攪拌速度為150轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.05 11101/1，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在300°C，反應(yīng)時間為4小時，交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在500 °C，反應(yīng)時間為5 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0045]產(chǎn)品孔道尺度在15?18nm之間，禁帶寬度為2.0eV，其產(chǎn)品的收率為99.6%。產(chǎn)品純度99.6%，雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為300W氣燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為98.9%ο
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于，將鈦酸四丁酯和硝酸鉻，溶解在草酸水溶液中，在加熱并且攪拌的條件蒸干水后，進行交聯(lián)反應(yīng)，接續(xù)高溫反應(yīng)后，即得目的產(chǎn)物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于:所述鈦酸四丁酯、硝酸鉻及草酸的摩爾比依次為5:2:50?100。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于:所述的鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.01?0.2 mol/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于:所述的草酸的摩爾濃度為0.1?4.0 mol/Lo5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于:在所述的加熱并且攪拌的條件中，加熱溫度為100°C，攪拌速度為60?300轉(zhuǎn)/分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于:所述的交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C，交聯(lián)反應(yīng)時間為2?4 ho7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦酸鉻多孔可見光催化材料的制備方法，其特征在于:所述的高溫反應(yīng)溫度在500?600°C，反應(yīng)時間為4?8 ho
【文檔編號】A62D101/28GK105903463SQ201610338136
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】張 杰, 許家勝, 孫嘯虎, 王莉麗, 張艷萍, 楊喜寶, 于祿, 崔巖, 張帆
【申請人】渤海大學(xué)