CN100395018C - 利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO2光催化剂的方法 - Google Patents

Abstract

利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法属于纳米材料制备技术领域，特别涉及二氧化钛纳米材料的制备。其特征在于，它利用硫酸法生产钛白粉的中间原料工业偏钛酸通过洗涤纯化；溶剂置换脱水；在脱水过程中添加上转光功能稀土元素和贵金属元素，获得无团聚超细原料粉末；然后直接在含氮气氛中进行焙烧进行热处理掺杂的步骤。本发明制备得到的二氧化钛光催化剂为单一锐钛矿物相、比表面大以及具有优良可见光响应特性。本发明还具有制备工艺简单、成本低和产能大等优点，适合以涂料形式应用于环境保护领域，特别适用于公共场合和居室内光催化降解对人体健康有极大危害的各种易挥发有机化合物。

Description

利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO2光催化剂的方法

技术领域：

利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法属于纳米材料制备技术领域，特别涉及二氧化钛纳米材料的制备。

背景技术：

光催化是指在有光参与的条件下，发生在光催化剂及其表面吸附物之间的一种光化学反应和氧化还原过程。自从1972年发现在TiO₂电极上产生水的光电分解现象以来，多相光催化的研究一直方兴未艾。围绕展宽二氧化钛的光谱响应、提高光催化量子效率及反应速度一直是多相光催化研究的前沿课题。

二氧化钛是一种典型的n型半导体光催化材料，锐钛矿型氧化钛的禁带宽度为3.2eV，当受到波长小于387.5nm的紫外光照射时，价带上的电子被激发并跃迁到导带，而在价带上留下空穴。在光催化半导体中，空穴具有更大的反应活性，是携带量子的主要部分，一般与表面吸附的H₂O或OH^-离子反应形成羟基自由基，它具有极强的氧化性(2.8V，NHE)，能将有机污染物最终氧化降解为低分子矿物酸、CO₂和H₂O。由于这种特性，使得这种材料在环境保护领域的研究和应用具有特殊的吸引力。除了光催化氧化性能外，二氧化钛也具有独特的超亲水特性。因此使用二氧化钛作为材料的表面涂层，由于光催化效应产生的氧化和超亲水性能不但可以降解周围环境的有机污染物和杀菌防霉，而且可以实现材料表面的自清洁。

TiO₂半导体中的电子和空穴被光激发后，经过多个途径，存在复合和输运的相互竞争。为了提高光催化的量子效率，采取的方法包括金属修饰、增加表面缺陷、过渡金属离子掺杂、半导体耦合以及表面增敏等，Hoffmann[Chem.Rev.1995，95：69]以及Mills等[J.photochem.Photobio.A：Chemistry 108(1997)：1]对这些方面的掺杂研究和应用进展作了综合评述。尽管通过上述掺杂方式提高了纳米二氧化钛在紫外线波段的光催化效率，但在可见光范围内则很低。TiO₂是很稳定的宽带隙半导体，其受光激发的响应波段仅占太阳光频谱的3％左右，围绕展宽氧化钛的光谱响应、使其在可见光甚至是室内光源的激发下产生活性一直是研究的热点，也是其走向实用和普及的关键。Asahi等[Science，2001，293：269]对TiO₂薄膜注N，使其在小于500nm有明显吸收；Shahed等[Science，2002，297：2243]通过掺碳化学改性，获得的TiO_2-xC_x半导体的带宽下降到2.3ev，从此掀起了非金属元素掺杂TiO₂的热潮。通过提高半导体的价带位置进行的非金属离子掺杂，如N、C、S、P、B、F、I等以及它们组成的复合掺杂是当前氧化钛改性的研究热点，各种掺杂技巧和手段层出不穷。由于氧化钛的价带深，氧化能力强，掺杂改性后仍有较强的氧化能力，依然可以降解大部分有机污染物，这就是人们对其兴趣不减的主要原因。专利调研发现，大部分的可见光掺杂手段的设计原理主要是基于：

(1)耦合比氧化钛能带窄的半导体或有机染料，如中国专利公开号CN1775348所述的“一种可见光光催化材料”，是由纳米级二氧化钛粒子和特定的染料复合组成。而CN1775349所提供的可见光活性的纳米氧化钛光催化剂及其方法，则是复合WO₃的纳米氧化钛半导体光催化剂。CN1478826所述的“一种可见光光催化的光触媒颜料及其制造方法”，也可归为此类，它是在无机颜料的表面包覆一种在紫外线和可见光下具有光催化作用且还具有颜料的遮盖装饰性能的二氧化钛纳米粒子。

(2)金属离子掺杂进而降低氧化钛的带隙，从而获得可见光响应。如CN1327878所述的“可见光反应型纳米二氧化钛基光催化剂的制备方法”，采用改进型共溶液掺杂法与高温煅烧制备金属掺杂的可见光反应型纳米二氧化钛基光催化剂。

(3)非金属元素掺杂，如CN1507943、CN1613553和CN1613554分别是在氨气和氩气的混和气体、添加惰性SiO₂及在尿素或氨气中进行氮化热处理而成。CN1557539所述的“可见光激发的氧化钛光催化剂及其合成方法”，是通过含硫和镧掺杂得到；而CN1562461则提供了一种硫氮阴离子双掺杂的纳米金红石相氧化钛的可见光催化剂及合成方法。

此外，CN1459331是将钛酸酯在特定波长范围的紫外灯光源的照射下水解、老化、和低温焙烧而得到具有可见光催化活性的二氧化钛催化剂。

以上提及的专利报道基本属于利用含钛的有机和无机试剂为原料进行研究的，但大量获得高性能的氧化钛光催化剂必须考虑到原料的供应和使用问题。利用硫酸法生产钛白粉的中间原料制备纳米氧化钛就是一个重要途径，报道的专利不少，基本可归纳为以下几类：

(1)利用工业偏钛酸，进一步通过浓硫酸重新溶解，再进行水解沉淀和改性处理以获得粒度和晶型可控的纳米氧化钛，如CN1699182、CN1636880、CN1562767、CN1506311、CN1373089、CN1579946和CN1752018等提供的方法。

(2)利用工业偏钛酸，通过在盐酸或硝酸介质中胶溶而成纳米氧化钛，如CN1769184、CN1583888、CN1363521以及CN1383914等提供的方法。

(3)利用工业偏钛酸，通过添加粒度和晶型控制剂，通过直接煅烧获得纳米氧化钛粉体材料，如CN1416948、CN1146976、CN1566217和CN1785817等提供的方法。

关于利用偏钛酸制备可见光响应的二氧化钛的专利报道较少，CN1689696所述的“可见光敏化光催化剂及列灯式填充床反应装置”，是通过碳酸氢铵的热分解反应，使四氯化钛发生均匀的水解和氨解反应，生成掺氮的偏钛酸类前驱体，在氮气气氛中于低温处理得到可见光敏化的掺氮纳米二氧化钛膜或粉末。CN1769184提供的“一种以工业偏钛酸为原料制备高活性二氧化钛溶胶的方法”，是通过过渡金属或者稀土负载型(掺杂)溶胶实现的；CN1507943公开了“一种对可见光敏感的光催化材料的制备方法”，其特征是采用水合二氧化钛为原料，在高温反应炉中与氨气和氩气的混和气体发生反应获得对可见光敏感的光催化材料。

以上描述的专利报道各有侧重，但对于利用工业偏钛酸制备高性光催化剂的一些关键问题没有提出实用的解决方法，如团聚问题、在紫外和可见光的双波段激发和响应问题、以及如何实现高效催化等等。

发明内容：

本发明的目的在于，克服了现有技术在利用工业偏钛酸来制备高性二氧化钛光催化剂中存在的问题，提出了一种可见光激发TiO₂光催化剂的制备方法，该方法利用工业乙醇作为偏钛酸的脱水剂，并掺杂稀土上转光元素、贵金属和氮，使得获得的二氧化钛光催化剂具有显著的可见光响应特性等优点。

颗粒团聚问题在纳米材料制备过程存在普遍性，其主要原因是在水溶液中合成的超细颗粒(或者在非水介质中合成的微细颗粒)，由于颗粒很细、表面能大，容易吸附水分。在干燥和热处理过程中，由于水分子中氢键的存在和颗粒表面羟基的作用，水分蒸发过程中容易导致颗粒聚并，粉体收缩导致水分蒸发速率降低，导致需要提高脱水温度，但同时引起纳米颗粒本身的长大，特别是在高温下容易烧结变硬。工业偏钛酸含有大量水分，即使是即将送入煅烧的滤干物料，其含水量仍不小于50％。因此，脱除偏钛酸中的水分是避免粉体团聚的前提条件。用容易挥发的有机溶剂取代水分是纳米材料制备的常用方法，虽然超临界萃取和正丁醇共沸蒸馏是很有效的制备纳米粉体的方法，但考虑到投资成本和操作性，采用廉价的工业乙醇作为偏钛酸的脱水剂更为简便易行。

前已述及，二氧化钛是一种宽带隙的n型半导体光催化材料，以锐钛矿型氧化钛为例，其带宽为3.2eV，只有当受到波长小于387.5nm的紫外光照射时，才能产生光催化效应。从其吸收特性可以清楚看出，尽管采取各种掺杂手段使氧化钛的吸收边红移，但其量子效率最高的区域仍然位于紫外线波段。实验研究也证明：在相同的照度下，纳米氧化钛在波长较短的紫外线激发下的光催化效率大大超过波长较长的可见光下的光催化效率。因此，为了获得更高的光催化效率，本发明的设计思想首先是通过在纳米氧化钛中掺杂具有将可见光上转为紫外线和波长更短可见光的稀土光致发光材料。能实现上转光功能的主要稀土元素包括：铒、镨、铥、镱、钬等，其中镱是上转光的最常用的敏化剂离子，可以和铒、镨、铥和钬之间都可以发生有效的能量传递。稀土元素La和Y可以作为上转发光体的基质，此外在偏钛酸的热处理过程中也起到抑制半导体晶粒长大和晶相转变作用。

TiO₂半导体中的电子和空穴被光激发后，存在复合和输运的相互竞争，但贵金属的沉积将改变半导体的表面性质，从而改变催化过程。由于二者具有不同的Fermi能级且金属的功函数比TiO₂高，导带电子将从半导体向金属流动，直到二者的Fermi能级相等为止。在二者界面上形成的所谓“Schottky”能垒起到了阻止电子与空穴的复合作用。在本发明中，我们遴选Pt、Au、Ag作为掺杂金属，因为它们容易还原，并且化学性质稳定，而且Au、Ag也是常用的无机抗菌剂。

二氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构，其最高的价带能级由O_3p产生，最低导带由Ti_3d中的t_2g(d_xy，d_xz，d_yz)产生。因此金属离子的掺杂一般不会改变TiO₂的价带位置，少数具有特殊结构的过渡金属离子(3d、4d、5d)掺杂物的t_2g状态对TiO₂的可见光响应起关键作用，其原因可能是其促进Ti_3d的能级分裂，并在TiO₂的导带与价带之间生成附加能级，形成电子的浅势俘获。虽然通过提高半导体的价带位置进行的非金属离子(如N、C、S、P、B、F、I)掺杂是当前氧化钛改性的研究热点，但现有的研究表明，在各种非金属元素掺杂当中，N掺杂是最为理想的方法，它扩展了可见光波段响应，同时没有牺牲在紫外波段的光催化活性，化学稳定性好。这正是本发明所要实现的目标和途径。

简言之，本发明的设计思想包括：(1)通过氮元素的掺杂使氧化钛获得可见光响应；(2)通过贵金属掺杂提高载流子的分离效率；(3)通过特种稀土上转光元素的掺杂，实现可见光的上行转换，从而大大提高氧化钛的量子效率。集成以上手段的制备可见光激发氧化钛光催化剂的研究方法目前尚未见有公开报道。

本方法的特征在于，它依次含有以下步骤：

1)工业偏钛酸的洗涤纯化：

1.1)将经过漂洗的工业偏钛酸打浆分散，加入氨水调节浆料的pH至弱碱性；

1.2)进行过滤、用去离子水反复洗涤除去硫酸根离子；

2)工业偏钛酸的脱水：

2.1)用工业乙醇将洗涤纯化的偏钛酸过滤物料搅拌打浆；

2.2)对混合乙醇的浆料进行过滤，用无水乙醇多次洗涤，然后将过滤物料在70℃-90℃进行蒸馏脱水，获得基本脱水的偏钛酸原料粉体；

3)稀土上转光元素和贵金属元素的掺杂：

3.1)将作为金属氧化物掺杂成分的稀土上转光元素化合物前驱体溶解于无水乙醇，与经过基本脱水的偏钛酸粉体混合，所述稀土上转光元素化合物摩尔量为偏钛酸摩尔量的0.5％～5％；

3.2)将作为金属形态掺杂成分的贵金属化合物前驱体溶解于无水乙醇，然后溶解于3.1)步得到的混合浆料中，所述贵金属化合物摩尔量为偏钛酸摩尔量的0.05％～0.5％；

3.3)在70℃-100℃进行蒸馏脱除乙醇；

4)偏钛酸粉体的热处理掺杂焙烧：

4.1)将第3.3)步得到的产物进行研碎筛分，获得超细粉体；

4.2)将超细偏钛酸粉体加入反应炉中，在含氮的气氛下进行掺杂焙烧，焙烧温度范围为450℃～700℃，焙烧时间为0.5～10小时。

所述第1.1)步中的工业偏钛酸是指经过除铁、漂洗和过滤的钛白粉生产过程中的中间产品。所述第3.1)步中加入的稀土上转光元素化合物是镧、钇、铒、镨、铥、镱、钬的硝酸盐或氯化物中的一种，或两种以上的组合。所述第3.2)中的贵金属化合物是铂、金的氯化物或银的硝酸盐。所述4.2)步的含氮气氛是N₂、NH₃、或二者的混合。

试验证明，本发明制备得到的TiO₂光催化剂具有显著的可见光响应效果、粉体团聚小等优点，还具有制备工艺简单、成本低和产能大等优点。

附图说明：

图1是掺杂后的样品的X射线衍射谱。

图2(a)是用450nm蓝光激发的发光谱。图2(b)附图2(c)分别是用550nm绿光和610nm红光激发的发光光谱。

图3是未掺杂和经过共掺杂后的纳米二氧化钛的紫外-可见漫反射光谱。

图4是经过共掺杂的光催化剂(1g/L)对有机染料亚甲基蓝(10ppm)的降解曲线。

具体实施方式：

本发明所提出的方法的步骤如下：

(1)工业偏钛酸的洗涤纯化：

经过漂洗的工业偏钛酸仍吸附大量的硫酸，首先用碱进行中和和洗涤除去。考虑到杂质的去除和后续掺杂的需要，优先采用氨水作为中和介质。先将含水的偏钛酸打浆分散，加入浓氨水调节浆料pH至弱碱性，再进行过滤、用去离子水洗涤，以除去硫酸根离子。

(2)工业偏钛酸的脱水

制备纳米材料的最大问题是颗粒的团聚问题。硫酸法制备钛白粉是典型的湿化学制备工艺，中间产品偏钛酸中水分或羟基的存在是干燥过程中引起颗粒硬团聚的根本原因。在本发明中，使用较为廉价的易挥发的乙醇作为偏钛酸水分的萃取剂。为了经济有效地除水，先用廉价的工业乙醇和经过洗涤中和的偏钛酸进行混合，体积比以1∶1-2∶1进行，经过过滤后再用无水乙醇进行洗涤，然后在70-90℃进行蒸馏；得到基本不含水的粉体。在工业生产过程中，蒸馏过程中的含水乙醇通过冷凝回收，并通过加盐除水后重复使用。

(3)稀土上转光元素和贵金属元素的掺杂

选择能良好溶解于乙醇的硝酸稀土或氯化稀土化合物，按不同的组合和合适的浓度溶解于无水乙醇中，再和经过前期脱水的偏钛酸粉体进行混合均匀。本发明的稀土上转光元素可以是镧、钇、铒、镨、铥、镱、钬等的硝酸盐或氯化物的一种或多种组合，其中镧、钇是作为发光的基质，同时由于其化学惰性和高熔点，在热处理过程中起到阻碍氧化钛晶粒长大的作用。铒、镨、铥、钬是主要的稀土上转光元素，而镱元素通常作为增敏剂。稀土上转光元素的掺杂浓度控制在0.5-5％，浓度过低，转光强度低；浓度过高会引起发光的猝灭，同时成本大幅度增大。

贵金属元素主要包括铂、金和银，其掺杂形式与稀土上转光元素类似，选择容易溶解于乙醇的氯化物或硝酸盐作为前驱体，最常用的形式是氯铂酸、氯金酸和硝酸银，其加入量为0.05-0.5％。将经过稀土和贵金属元素掺杂的偏钛酸浆料在70-100℃进行蒸馏将乙醇除去，获得掺杂元素化合物在颗粒表面均匀分布或包覆的复合原料粉体。

(4)偏钛酸粉体的热处理掺杂焙烧

偏钛酸粉体的热处理目的是实现稀土上转光元素化合物转化为氧化物发光体，将贵金属盐热分解为单质金属形成半导体光生电子和空穴的势垒，以及促进偏钛酸的结晶和进行非金属元素氮的掺杂以实现可见光响应。将脱水和掺杂前驱体的钛酸进行气流粉碎获得超细粉体，在具有外加热的反应炉中加入超细偏钛酸粉体，在450℃-700℃以及通入N₂/NH₃下进行掺氮焙烧，焙烧时间为0.5-10小时。由于氨气裂解产生活性氮，因此优先选择氨气。选择N₂作掺杂气氛虽然热处理温度稍高一些，但N₂具有价廉和无害的优点。

下面用非限定性实施例进一步说明本发明的实施方式和效果。

实施例1

将含水量大约为50％的工业偏钛酸(生产非颜料型)480克加200ml水在1000ml的玻璃烧杯中搅拌打浆，加入浓氨水直到浆料的pH为8。将上述经过加碱中和的浆料进行抽滤，用去离子水进行反复洗涤，用1g/L硝酸银溶液检查滤液，直到无明显白色沉淀即可，此时可确定基本除去硫酸根离子。将洗涤纯化的偏钛酸分散于1倍体积的工业乙醇中，激烈搅拌打浆，过滤；滤饼用无水乙醇反复洗涤，然后放置在真空干燥箱中在70℃进行蒸馏脱水。

称取0.015摩尔的硝酸镧以及0.0015摩尔的硝酸镱和硝酸铒溶解于无水乙醇中，再加入0.0015摩尔的氯铂酸，溶解后直接加入经过脱水的偏钛酸粉体中，打浆分散，将浆料直接放置在真空干燥箱中在70℃进行蒸馏脱除乙醇。

将经过掺杂稀土和贵金属化合物的产物研碎筛分，获得超细粉体，将粉体放置在管式炉内进行热处理，通入氮气作为保护气氛，在600℃反应10小时取出，得到淡黄色的可见光响应粉体。附图1是经过干燥的偏钛酸和经过稀土和氮在600℃掺杂样品的X射线衍射谱，从图中可以看出，掺杂前后的物相基本不变，为单一的锐钛矿结构。有所区别的是经过掺杂热处理后的样品结晶更良好，其衍射峰比原始样品变得尖锐，应该伴随晶粒的长大现象。附图2是典型的稀土掺杂发光材料的上转换发光光谱图。附图2(a)是用450nm蓝光激发的发光谱，出现了360nm左右的紫外发光，另外也出现了在405nm和422nm左右的发光峰位。附图2(b)和附图2(c)分别是用550nm绿光和610nm红光激发的发光光谱，分别在443nm、470nm、490nm以及在424nm、474nm、487nm、531nm的发光峰位，相比于原来的激发光源波长来说，稀土发光材料表现出明显的上行转光能力。

实施例2

将含水量大约为65％的工业偏钛酸(生产颜料型)685克加200ml水在1000ml的玻璃烧杯中搅拌打浆，加入浓氨水直到浆料的pH为9。将上述经过加碱中和的浆料进行抽滤，用去离子水进行反复洗涤，用1g/L硝酸银溶液检查滤液，直到无明显白色沉淀即可，此时可确定基本除去硫酸根离子。将洗涤纯化的偏钛酸分散于2倍体积的工业乙醇中，激烈搅拌，过滤；滤饼用无水乙醇反复洗涤，然后放置在真空干燥箱中在90℃进行蒸馏脱水。最终制备出大约240克无水的偏钛酸。

称取0.075摩尔的硝酸镧以及0.0075摩尔的硝酸镱和硝酸镨溶解于无水乙醇中，再加入0.015摩尔的氯金酸，溶解后直接加入经过脱水的偏钛酸粉体中，打浆分散，将浆料直接放置在真空干燥箱中在100℃进行蒸馏脱除乙醇。

将经过掺杂稀土和贵金属化合物的产物研碎筛分，获得超细粉体，将粉体放置在管式炉内进行热处理，通入氨气作为保护气氛，在450℃反应5小时取出，得到淡黄色的可见光响应粉体。经光谱分析，粉体同样具有明显的上转光性能。附图3是未掺杂和经过稀土、金和氮元素掺杂的纳米二氧化钛的紫外-可见漫反射光谱。单纯纳米氧化钛的开始吸收边大约在380nm左右，而经过共掺杂的光催化剂的吸收边红移到大约600nm左右。

实施例3

如同实施例1，称取含水量大约为50％的工业偏钛酸(生产非颜料型)480克，加200ml水在1000ml的玻璃烧杯中搅拌打浆，加入浓氨水直到浆料的pH为8。将上述经过加碱中和的浆料进行抽滤，用去离子水进行反复洗涤，用1g/L硝酸银溶液检查滤液，直到无明显白色沉淀即可，此时可确定基本除去硫酸根离子。将洗涤纯化的偏钛酸分散于1.5倍体积的工业乙醇中，激烈搅拌，过滤；滤饼用无水乙醇反复洗涤，然后放置在真空干燥箱中在80℃进行蒸馏脱水。制备出240克无水的偏钛酸。

称取0.15摩尔的硝酸钇以及0.015摩尔的硝酸镱、硝酸钬和硝酸铥溶解于无水乙醇中，再加入0.006摩尔的硝酸银，溶解后直接加入经过脱水的偏钛酸粉体中，打浆分散，将浆料直接放置在真空干燥箱中在85℃进行蒸馏脱出乙醇。

将经过掺杂稀土和贵金属化合物的产物研碎筛分，获得超细粉体，将粉体放置在管式炉内进行热处理，通入氮气和氨气按照1∶1的体积比混合作为保护气氛，在700℃反应0.5小时取出，得到淡黄色的可见光响应粉体。经光谱分析，粉体同样具有明显的上转光性能。粉体的X射线衍射谱和漫反射谱和附图1和附图3类似，说明它们具有相同的结构组成和近似的吸收边。

实施例4

将实施例1-3制备的可见光响应粉体进行性能测试，其比表面积在123-185m²/g，按等球径计算所的粉体的粒度小于20nm，说明其团聚很小，其晶型均为锐钛矿结构。用降解有机染料亚甲基蓝染料的方法评价其光催化性能，条件如下：共掺杂二氧化钛光催化剂浓度为1g/L，亚甲基蓝染料浓度为10mg/L，溶液pH为6-8，光源为11W节能白光灯。结果表明，经过优化成分掺杂的氧化钛光催化剂降解染料为无色的时间为2.5小时。附图4是经过共掺杂的光催化剂(1g/L)对有机染料亚甲基蓝(10ppm)的降解曲线，从图可见，随着光照时间的延长，染料浓度呈线性下降，大约150分钟后即能彻底降解为无色溶液。作为比较，单纯掺氮的粉体在相同条件下需要10小时才能降解，(La/Y，Pt/Au/Ag，N)-TiO₂也需要5-6小时才能降解，而用偏钛酸在相同条件下进行染料降解，光照射15h后染料颜色只是略为变浅。可见经过稀土上转光元素、贵金属和氮的共同掺杂，可以显著提高光催化效率。

本发明提出的方法制备可见光响应具有以下的优点：

(1)直接利用硫酸法生产钛白粉的中间产品-工业偏钛酸作为原料，来源丰富，省略了利用硫酸氧钛或其它含钛化合物经过中和水解、沉淀、过滤等工序，设备投资和生产成本可以大幅度降低。

(2)通过使用工业乙醇和无水乙醇对偏钛酸进行脱水，克服纳米材料生产过程中的团聚问题；同时经过蒸馏冷凝的含水乙醇经过脱水后可以进行重复使用。

(3)通过稀土上转光元素的掺杂，可以提高紫外线产生高的量子效率，又发挥非金属氮元素掺杂产生的可见光响应特性，因而大大提高了纳米二氧化钛的光催化效率。

(4)获得的光催化剂表面积大，粒度细，基本无团聚，具有优良的水分散性，因而特别适合于和涂料配伍使用。

Claims (5)

1.利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法，其特征在于，它依次含有以下步骤：

1)工业偏钛酸的洗涤纯化：

1.1)将经过漂洗的工业偏钛酸打浆分散，加入氨水调节浆料的pH至弱碱性；

1.2)进行过滤、用去离子水反复洗涤除去硫酸根离子；

2)工业偏钛酸的脱水：

2.1)用工业乙醇将洗涤纯化的偏钛酸过滤物料搅拌打浆；

2.2)对混合乙醇的浆料进行过滤，用无水乙醇多次洗涤，然后将过滤物料在70℃-90℃进行蒸馏脱水，获得基本脱水的偏钛酸原料粉体；

3)稀土上转光元素和贵金属元素的掺杂：

3.1)将作为金属氧化物掺杂成分的稀土上转光元素化合物前驱体溶解于无水乙醇，与经过基本脱水的偏钛酸粉体混合，所述稀土上转光元素化合物摩尔量为偏钛酸摩尔量的0.5％～5％；

3.2)将作为金属形态掺杂成分的贵金属化合物前驱体溶解于无水乙醇，然后溶解于

3.1)步得到的混合浆料中，所述贵金属化合物摩尔量为偏钛酸摩尔量的0.05％～0.5％；

3.3)在70℃-100℃进行蒸馏脱除乙醇；

4)偏钛酸粉体的热处理掺杂焙烧：

4.1)将第3.3)步得到的产物进行研碎筛分，获得超细粉体；

4.2)将超细偏钛酸粉体加入反应炉中，在含氮的气氛下进行掺杂焙烧，焙烧温度范围为450℃～700℃，焙烧时间为0.5～10小时。

2.如权利要求1所述的利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法，其特征在于，所述第1.1)步中的工业偏钛酸是指经过除铁、漂洗和过滤的钛白粉生产过程中的中间产品。

3.如权利要求1所述的利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法，其特征在于，所述第3.1)步中加入的稀土上转光元素化合物是镧、钇、铒、镨、铥、镱、钬的硝酸盐或氯化物中的一种，或两种以上的组合。

4.如权利要求1所述的利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法其特征在于，所述第3.2)中的贵金属化合物是铂、金的氯化物或银的硝酸盐。

5.如权利要求1所述的利用工业偏钛酸制备可见光激发TiO₂光催化剂的方法其特征在于，所述4.2)步的含氮气氛是N₂、NH₃、或二者的混合。

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