CN103193265A - 一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法，包括：1）将C18-D-Glu溶解在甲醇与水的混合溶液中；2）将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入混合液，55℃，搅拌2h；3）离心分离混合液得胶体，冷冻干燥得淡黄色粉末；4）550℃煅烧淡黄色粉末6h，得螺旋状TiO2纳米线；5）混合螺旋状TiO2纳米线、十六烷基三甲基氯化铵、水，搅拌1h；6）添加AgNO3，搅拌1h，然后在一盏8W的紫外灯的照射下继续搅拌1h；7）离心分离，80℃下烘干8h，得到棕色粉末；8）300℃下煅烧棕色粉末6h，便得到掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。本发明大大提高了TiO2的量子产率，从而加快TiO2光催化降解有机污染物的过程，与普通P25相比，降解相同浓度的污染物，速度提高十倍。可见光下催化效率高，催化降解速度快。
Description
技术领域
本发明涉及TiO2纳米材料技术领域，具体涉及一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法。
背景技术
水是人类和一切生物赖以生存的基本要素，也是保障工农业和维系自然生态健康必不可少的资源。水资源在自然界循环中总量保持不变，但其水质却发生复杂的变化，只有水质达到必要的要求时才能成为可以利用的水资源。随着人口的增加、工农业生产的发展及水环境污染程度的日趋严重，许多地区的可用水资源相继出现了危机，严重制约了社会、经济的发展。水危机及其所衍生的水质和生态问题不仅将严重束缚和制约经济发展，而且可能引发重大的社会和政治危机。因此，必须在充分节约用水的基础上，多方面开发非传统水源，以缓解因水资源紧张带来的一系列严重问题。
随着人口的增加、工农业生产的发展及水环境污染程度的日趋严重，许多地区的可用水资源相继出现了危机，严重制约了社会、经济的发展。污水回用是解决水资源危机的重要的、不可或缺的措施，也是一条成本低、见效快的有效途径。污水回用不但可以缓解水资源短缺问题，同时还可以减少污染排放，对改善水环境质量也具有重要的意义。近年来，各种新兴有机污染物在回用污水中被不断检出，给污水回用带来了一定的风险。然而传统处理手段对此类污染物质的去除并没有太大效果，如何去除这种物质就成为一个迫切需要解决的问题。
目前，利用TiO2纳米材料作为光催化材料来去除水中的有机污染物的研究越来越多。研究发现TiO2有无毒无害，对环境友好且便宜等特点，在水体的净化处理中都有巨大潜力。但是这种材料也有一些缺点限制它的广泛应用，其中一个缺点便是TiO2的量子产率较低，这会限制它电子与空洞的交换速度，从而降低了它光催化降解有机污染物的速度，而这也大大影响了它作为一种新型催化材料的使用范围，同时在可见光下催化效率低。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法，利用Ag/AgCl等离子共振体提高TiO2量子产率，同时利用TiO2的螺旋结构，提高Ag/AgCl等离子共振体的响应程度。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种制备掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的方法，包括以下步骤：
（1）将十八个碳链的谷氨酸溶解在甲醇与水的混合溶液中，反应时间为10-15min；
（2）将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入经过步骤（1）得到的混合液，55-60℃，搅拌2-2.5h；其中，十八个碳链的谷氨酸、二异丙氧基双乙酰丙酮钛、甲醇、水之间的摩尔比为1：5~60：3800~6600：55962；
（3）将经过步骤（2）得到的混合液进行离心分离，得到的胶体，冷冻干燥（-60℃，12h），得到淡黄色粉末；
（4）550-600℃下，煅烧淡黄色粉末6-8h，得到螺旋状TiO2纳米线；
（5）将螺旋状TiO2纳米线与十六烷基三甲基氯化铵和水，按质量比1：1.5：100进行混合，室温下搅拌1-1.5h；
（6）向经过步骤（5）得到的混合液中添加AgNO3，室温搅拌1-1.5h，然后在一盏8-12W的紫外灯的照射下继续搅拌1-1.5h；
（7）将经过步骤（6）得到的混合液进行离心分离，80℃下，烘干8h，得到棕色粉末；
（8）300-350℃下，煅烧棕色粉末6-8h，便得到掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
在掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线中，Ag、AgCl和TiO2质量比为1：1：20。
上述方法所制备的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
在掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线中，Ag/AgCl纳米颗粒附着在螺旋状TiO2纳米线上，Ag、AgCl和TiO2质量比为1：1：20。
本发明利用Ag/AgCl这种等离子共振体，大大地提高TiO2的量子产率，就能加快TiO2光催化降解有机污染物的过程，同时Ag/AgCl也能受到螺旋状的TiO2激发而能更有效去除污染物，并能在可见光照射下有效地降解污染物。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）大大提高了TiO2的量子产率，从而加快TiO2光催化降解有机污染物的过程，与普通P25相比，降解相同浓度的污染物，速度提高十倍；
（2）TiO2纳米管具有制作可重复，使用周期长，清洁方便，可成批生产等优点；
（3）可见光下催化效率高，催化降解速度快。
附图说明
图1是单根掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的示意图；
图2是掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的扫描电镜图；
图3是掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线，由以下方法制备：
（1）取0.03g的十八个碳链的谷氨酸（C18-D-Glu），溶解在13.6g的甲醇与80mL水的混合溶液中，室温下，反应时间为10min；
（2）取0.29g二异丙氧基双乙酰丙酮钛，加入经过步骤（1）得到的混合液，55℃下，搅拌2h；
（3）10000r/min，将经过步骤（2）得到的混合液进行离心分离15min，得到胶体，-60℃冷冻干燥12h，得到淡黄色粉末；
（4）550℃下，煅烧淡黄色粉末6h，得到螺旋状的TiO2纳米线，结果示意图如图1所示；
（5）取0.2gTiO2纳米线与0.3g十六烷基三甲基氯化铵和100mL水进行混合，室温下，搅拌1h；
（6）向经过步骤（5）得到的混合液中添加AgNO3（2mL，1.0M），室温搅拌1h，然后在一盏8W的紫外灯的照射下，继续搅拌1h；
（7）10000r/min，将经过步骤（6）得到的混合液进行离心分离10min，然后在80℃下烘干8h，得到棕色粉末；
（8）300℃下，煅烧棕色粉末6h，便得到掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
对制备的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线进行检测，扫描电镜图如图2所示，透射电镜图如图3所示，在螺旋状TiO2纳米线上，明显可见附着的Ag/AgCl纳米颗粒。
实施例2
取17β-雌二醇浓度为0.5mg/L的污水500mL，在一个24W的日光灯照射下，放入0.25g掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线（实施例1制备），10min后，对17β-雌二醇的降解率为99%，而普通P25降解率为20%。而普通螺旋状TiO2纳米线在同样光照强度、污染物浓度等情况相同的条件下，达到99%的降解率需要80min。因此可以说掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线对17β-雌二醇的去除有重大提升。
实施例3
一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线，由以下方法制备：
（1）取0.1mol的十八个碳链的谷氨酸（C18-D-Glu），溶解在380mol的甲醇与5596.2mol水的混合溶液中，室温下，反应时间为15min；
（2）取0.5mol二异丙氧基双乙酰丙酮钛，加入经过步骤（1）得到的混合液，56℃下，搅拌2.5h；
（3）10000r/min，将经过步骤（2）得到的混合液进行离心分离15min，得到胶体，-60℃冷冻干燥12h，得到淡黄色粉末；
（4）600℃下，煅烧淡黄色粉末8h，得到螺旋状的TiO2纳米线；
（5）取0.2gTiO2纳米线与0.3g十六烷基三甲基氯化铵和100mL水进行混合，室温下，搅拌1.5h；
（6）向经过步骤（5）得到的混合液中添加AgNO3（2mL，1.0M），室温搅拌1.5h，然后在一盏12W的紫外灯的照射下，继续搅拌1.5h；
（7）10000r/min，将经过步骤（6）得到的混合液进行离心分离10min，然后在80℃下烘干8h，得到棕色粉末；
（8）350℃下，煅烧棕色粉末8h，便得到掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
对制备的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线进行扫描电镜和透射电镜检测，在螺旋状TiO2纳米线上，明显可见附着的Ag/AgCl纳米颗粒。
通过进行添加17β-雌二醇污水处理试验，结果显示掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线对17β-雌二醇的去除有重大提升，明显优于普通螺旋状TiO2纳米线。
实施例3
一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线，由以下方法制备：
（1）取0.01mol的十八个碳链的谷氨酸（C18-D-Glu），溶解在66mol的甲醇与559.62mol水的混合溶液中，室温下，反应时间为12min；
（2）取0.6mol二异丙氧基双乙酰丙酮钛，加入经过步骤（1）得到的混合液，58℃下，搅拌2.4h；
（3）10000r/min，将经过步骤（2）得到的混合液进行离心分离15min，得到胶体，-60℃冷冻干燥12h，得到淡黄色粉末；
（4）580℃下，煅烧淡黄色粉末7h，得到螺旋状的TiO2纳米线；
（5）取0.2gTiO2纳米线与0.3g十六烷基三甲基氯化铵和100mL水进行混合，室温下，搅拌1.2h；
（6）向经过步骤（5）得到的混合液中添加AgNO3（2mL，1.0M），室温搅拌1.2h，然后在一盏10W的紫外灯的照射下，继续搅拌1.2h；
（7）10000r/min，将经过步骤（6）得到的混合液进行离心分离10min，然后在80℃下烘干8h，得到棕色粉末；
（8）330℃下，煅烧棕色粉末7h，便得到掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
对制备的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线进行扫描电镜和透射电镜检测，在螺旋状TiO2纳米线上，明显可见附着的Ag/AgCl纳米颗粒。
通过进行添加17β-雌二醇污水处理试验，结果显示掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线对17β-雌二醇的去除有重大提升，明显优于普通螺旋状TiO2纳米线。
Claims (5)
1.一种掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将十八个碳链的谷氨酸溶解在甲醇与水的混合溶液中，反应时间为10-15min；
（2）将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入经过步骤（1）得到的混合液，55-60℃，搅拌2-2.5h；其中，十八个碳链的谷氨酸、二异丙氧基双乙酰丙酮钛、甲醇、水之间的摩尔比为1：5~60：3800~6600：55962；
（3）将经过步骤（2）得到的混合液进行离心分离，得到的胶体，冷冻干燥，得到淡黄色粉末；
（4）550-600℃下，煅烧淡黄色粉末6-8h，得到螺旋状TiO2纳米线；
（5）将螺旋状TiO2纳米线与十六烷基三甲基氯化铵和水，按质量比1：1.5：100进行混合，室温下搅拌1-1.5h；
（6）向经过步骤（5）得到的混合液中添加AgNO3，室温搅拌1-1.5h，然后在一盏8-12W的紫外灯的照射下继续搅拌1-1.5h；
（7）将经过步骤（6）得到的混合液进行离心分离，80℃下，烘干8h，得到棕色粉末；
（8）300-350℃下，煅烧棕色粉末6-8h，便得到掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
2.根据权利要求1所述的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，冷冻干燥的条件-60℃，12h。
3.根据权利要求1所述的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线的制备方法，其特征在于：在掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线中，Ag、AgCl和TiO2质量比为1：1：20。
4.权利要求1或2所制备的掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线。
5.根据权利要求3所述的分为掺杂Ag/AgCl的螺旋状TiO2纳米线，其特征在于：Ag/AgCl纳米颗粒附着在螺旋状TiO2纳米线上，Ag、AgCl和TiO2质量比为1：1：20。
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