CN101125293A - 一种TiO2可见光光催化剂的制备方法 - Google Patents

一种TiO2可见光光催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种TiO2可见光光催化剂的制备方法是将钛醇盐和乙醇反应得到透明液体之后，将该液体滴加到去离子水中，形成白色悬浊液后用无机酸调节pH值，经过超声处理，在80～160℃反应5～20小时，得到TiO2纳米晶溶胶；将溴化胺按溴化胺滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应5～10小时，然后减压蒸发溶剂，得到干凝胶，以乙醇为溶剂对干凝胶抽提萃取，在100～120℃下干燥，得到TiO2可见光光催化剂。本发明具有操作简单、反应条件温和、设备成本低、较强的可见光吸收和良好的可见光光催化性能等优点。

Description

一种TiO2可见光光催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于一种TiO2可见光光催化剂的制备方法。
技术背景
TiO2是应用最广泛的光催化剂，但是其禁带宽度(锐钛矿Eg＝3.2eV)较宽，只能利用占太阳光3-4％的紫外光，严重制约了其对太阳能的有效利用，必须对其进行改性，使其吸收边延伸到可见光区。众多的研究结果表明，TiO2的非金属N阴离子掺杂可以使其具有优异的可见光吸收，而TiO2的卤素阴离子掺杂可以产生Ti3+，大大提高TiO2光催化剂的量子效率。因此，卤素与N的阴离子共掺杂TiO2光催化剂是一种非常理想的可见光光催化剂。但是现有的制备方法是高温溅射分解法(Spray Pyrolysis，SP)，需要高达900℃的高温条件才能实现，简单的设备和技术条件很难满足，这大大限制了共掺杂TiO2可见光光催化剂的应用，因而室温和略高于室温的低温制备方法特别值得期待。
发明内容
本发明目的是提供一种操作简单、低温条件下制备TiO2可见光光催化剂的方法。
本发明的目的是这样实现的：首先以大量的水使钛醇盐完全水解，然后加入无机酸胶溶，经过水热过程形成TiO2纳米晶溶胶，再与溴化胺直接反应制备N-Br共掺杂TiO2可见光光催化剂。
本发明的制备方法如下：
(1)TiO2纳米晶溶胶制备：
钛醇盐和乙醇按摩尔比0.5～1∶1反应2～10分钟得到透明液体之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛醇盐与水的摩尔比为1∶80～120，同时强烈搅拌，形成白色悬浊液后用无机酸调节pH值在1～3之间，然后经过10～30分钟超声处理，在80～160℃反应5～20小时，得到TiO2纳米晶溶胶；
(2)光催化剂制备：
在快速搅拌下，溴化胺按溴化胺与钛醇盐的摩尔比1～3∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应5～10小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶，以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取5～20小时，再在100～120℃下干燥10～30分钟，得到TiO2可见光光催化剂。
如上所述的钛醇盐是钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯或钛酸四丁酯。
如上所述的无机酸是HCl或HNO3。
如上所述的溴化胺为溴化四甲铵、溴化四乙铵、十六烷基三甲基
溴化铵或戊基三甲基溴化铵
本发明制备的TiO2可见光光催化剂在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率高于50％。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.操作简单、反应条件温和、设备成本低；
2.具有较强的可见光吸收；
3.具有优异的可见光光催化性能。
具体实施方式
实施例1
钛酸四异丙酯和乙醇按摩尔比0.5∶1反应2分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四异丙酯与水的摩尔比为1∶80，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HCl调节pH值为1，然后经过10分钟超声处理，在160℃反应5小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，溴化四甲铵按溴化四甲铵与钛酸四异丙酯的摩尔比1∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应5小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取5小时，再在100℃下干燥30分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率为50.6％。
实施例2
钛酸四异丙酯和乙醇按摩尔比0.5∶1反应5分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四异丙酯与水的摩尔比为1∶100，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HCl调节pH值为2，然后经过15分钟超声处理，在100℃反应10小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，溴化四乙铵按溴化四乙铵与钛酸四异丙酯的摩尔比1.5∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应5小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取8小时，再在110℃下干燥25分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率为51.3％。
实施例3
钛酸四乙酯和乙醇按摩尔比1∶1反应3分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四乙酯与水的摩尔比为1∶100，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HNO3调节pH值为1.5，然后经过15分钟超声处理，在150℃反应5小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，十六烷基三甲基溴化铵按十六烷基三甲基溴化铵与钛酸四乙酯的摩尔比3∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应10小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取10小时，再在110℃下干燥30分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率为52.6％。
实施例4
钛酸四丁酯和乙醇按摩尔比0.8∶1反应5分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四丁酯与水的摩尔比为1∶120，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HCl调节pH值为2，然后经过30分钟超声处理，在150℃反应6小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，十六烷基三甲基溴化铵按十六烷基三甲基溴化铵与钛酸四丁酯的摩尔比2∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应8小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取15小时，再在120℃下干燥10分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率为51.9％。
实施例5
钛酸四乙酯和乙醇按摩尔比0.8∶1反应5分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四乙酯与水的摩尔比为1∶100，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HNO3调节pH值为2，然后经过15分钟超声处理，在80℃反应20小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，溴化四甲铵按溴化四甲铵与钛酸四乙酯的摩尔比2∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应9小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取20小时，再在110℃下干燥25分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率高干53.6％。
实施例6
钛酸四丁酯和乙醇按摩尔比1∶1反应10分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四丁酯与水的摩尔比为1∶110，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HCl调节pH值为1.5，然后经过15分钟超声处理，在120℃反应8小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，戊基三甲基溴化铵按戊基三甲基溴化铵与钛酸四丁酯的摩尔比1.5∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应8小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取15小时，再在120℃下干燥15分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率为51.8％。
实施例7
钛酸四异丙酯和乙醇按摩尔比0.5∶1反应5分钟得到透明液体。之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛酸四异丙酯与水的摩尔比为1∶120，同时强烈搅拌。形成白色悬浊液后，用HNO3调节pH值为3，然后经过10分钟超声处理，在150℃反应5小时，得到TiO2纳米晶溶胶。
在快速搅拌下，十六烷基三甲基溴化铵按十六烷基三甲基溴化铵与钛酸四异丙酯的摩尔比3∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应10小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶。以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取15小时，再在11O℃下干燥20分钟，得到棕黄色粉末TiO2可见光光催化剂。该棕黄色粉末在400～600nm的可见光区域有较强吸收，并且在＞420nm的可见光辐照下，16小时内亚甲基蓝降解率为52.2％。

Claims (4)

1.一种TiO2可见光光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)TiO2纳米晶溶胶制备：
钛醇盐和乙醇按摩尔比0.5～1∶1反应2～10分钟得到透明液体之后，将该液体滴加到去离子水中，使钛醇盐与水的摩尔比为1∶80～120，同时强烈搅拌，形成白色悬浊液后用无机酸调节pH值在1～3之间，然后经过10～30分钟超声处理，在80～160℃反应5～20小时，得到TiO2纳米晶溶胶；
(2)光催化剂制备：
在快速搅拌下，溴化胺按溴化胺与钛醇盐的摩尔比1～3∶1滴加到TiO2纳米晶溶胶中，滴加完毕继续回流反应5～10小时，然后减压蒸发溶剂，得到棕黄色干凝胶，以乙醇为溶剂对所得干凝胶进行抽提萃取5～20小时，再在100～120℃下干燥10～30分钟，得到TiO2可见光光催化剂。
2.如权利要求1所述的一种TiO2可见光光催化剂的制备方法，其特征在于所述的钛醇盐是钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯或钛酸四丁酯。
3.如权利要求1所述的一种TiO2可见光光催化剂的制备方法，其特征在于所述的无机酸是HCl或HNO3。
4.如权利要求1所述的一种TiO2可见光光催化剂的制备方法，其特征在于所述的溴化胺为溴化四甲铵、溴化四乙铵、十六烷基三甲基溴化铵或戊基三甲基溴化铵。
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