CN103240109A - 高活性n掺杂改性二氧化钛纳米光催化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料及其制备方法，在传统一步煅烧制备法的基础上，添加氮元素进行高效掺杂，同时在空气中进行煅烧和冷却。本发明进一步拓宽N掺杂改性TiO2纳米粉体材料对可见光谱的利用范围，并在提高其在可见光谱范围内的量子产率、有效抑制光生电子空穴的复合率的同时，具有良好的光催化稳定性、热稳定性和可重复利用性。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂领域，更加具体地说，涉及高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料及其制备方法。
背景技术
关于可见光响应的光催化纳米TiO2纳米粉体材料的制备在国际上已频见报道，自2001年《Science》首次报道N掺杂改性TiO2纳米粉体材料在可见光谱范围较其他光催化剂具有较高活性以来，如何制备出具有化学性质稳定性和热稳定性的N掺杂改性TiO2纳米粉体材料一直为科研人员所关注。目前已被报道的化学制备方法多以“湿式化学法—一步煅烧处理”为主，此种制备方法使所制备的光催化剂的热稳定性较差，所制备的光催化剂在550℃高温下在可见光谱范围内将失去活性，且在光催化反应过程中易催化剂中毒，以上原因导致其在太阳光谱范围内的光催化氧化效率难于提高。因此，如何制备在太阳光谱范围内具有高活性，高稳定性的TiO2纳米级光催化材料依然是本领域内的研究难点。
发明内容
本发明目的旨在克服现有技术的不足，为进一步拓宽N掺杂改性TiO2纳米粉体材料对可见光谱的利用范围，并在提高其在可见光谱范围内的量子产率、有效抑制光生电子空穴的复合率的同时，具有良好的光催化稳定性、热稳定性和可重复利用的光催化剂纳米粉体材料及其制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料及其制备方法，按照下述步骤进行：
（1）按照17x：120x：3（1—x）的体积比将钛酸四丁酯、醇类溶剂和硝酸的水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量35％—50％的聚乙烯醇，并在20—40℃下进行搅拌至其均匀分散，其中0.3≤x≤0.8；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：（0.005—0.7）区间内，向步骤（1）中制备的溶液中加入含氮物质，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向步骤（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和醇类有机溶剂的混合溶液，进行搅拌至其均匀分散；
（4）将步骤（3）制备的混合液于25—45℃机械搅拌8—14小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40—60℃干燥10—24小时后，在350—650℃下和惰性气体保护下煅烧1—4小时，从室温下升温，升温速度控制在2.5—10℃/分，降温速度控制在1—7℃/分，冷却至室温；
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在350—600℃空气氛围中煅烧0.5—2小时，从室温下升温，升温速度控制在4—10℃/分，降温速度控制在1—4℃/分，冷却至室温，得到最终光催化材料。
所述步骤（1）中，使用醇类溶剂为甲醇、无水乙醇、正丁醇或者异丁醇中的一种。
所述步骤（1）中，使用的硝酸水溶液的浓度为0.05—0.15mol/L。
所述步骤（1）中，使用的聚乙烯醇的数均分子量为600—20000。
所述步骤（1）中，通过添加硝酸数量的不同以使最终制备的溶液的pH为2.0—5.5。
所述步骤（2）中，Ti:N的摩尔比优选1：（0.01—0.02），在步骤（2）中确定两种元素摩尔比时，氮元素不考虑步骤（1）中已有的硝酸带入的N，仅仅考虑步骤（2）中外加的氮元素。
所述步骤（2）中，使用的含氮物质为尿素、胍或碳酸胺中的一种。
所述步骤（3）中，混合溶液中蒸馏水和醇类有机溶剂的体积比为（1：10）—（1：50）区间内，所述醇类有机溶剂为甲醇、无水乙醇、正丁醇或者异丁醇中的一种。
所述步骤（4）中，使用的惰性气体为氮气、氦气或者氩气中的一种。
所述步骤（4）中，优选在400—550℃下和惰性气体保护下煅烧2—4小时。
在各个步骤中所述的室温为20—25℃。
本发明中采用聚乙烯醇不但可使溶胶液粘度增加，而且也能起到抗氧化剂的作用。超声分散起到短程分散的作用，使溶胶液中各物质达到纳米级分散。本发明还可以采用程序控温凝胶热处理过程设计与优化以及控制煅烧过程中升温和降温速率，可以保证材料在热处理过程中基本无团聚，减少烧结塌陷以及结晶情况良好。通过控制反应过程的pH值可制备不同相组成的纳米晶体，且可使锐钛矿的高活性镜面（101）面占主要晶面组成。氮（N）元素的掺入可通过宽化导带、或杂化N2p轨道和O2p轨道，在TiO2价带附近产生新的能级达到有效窄化纳米TiO2的禁带宽度的目的，提高其对太阳光的利用效率（λ～600nm）。通过两步煅烧程序，可有效提高所制备的纳米光催化剂晶界和表面吸附的NOx数量增加，拓宽其在可见光谱范围内响应波谱范围；有效去除表面物理、化学吸附的杂质，提高其光催化性能；同时可增加被掺入TiO2晶格或晶界的氮的化学稳定性和热稳定性，催化剂不易失活。通过控制如附图4和5所示，光催化材料粒径集中分布于13-15nm之间，两步法处理后的TiO2与一步法处理的TiO2相比峰强明显增强，N的掺杂对峰强增强有促进作用，在2θ=25.1°能够获得强度很高的衍射峰，而这一2θ=25.1°的峰值时为常见的锐钛矿101晶型，峰强越高说明锐钛矿的结晶度越高，催化剂的活性越高。
利用天津市思利达科技有限公司紫外-可见光谱仪McPherson2253M5进行光催化材料的紫外漫反射（DRS）测试，获得如附图1所示的附图，可知吸收波长的大小为：两步煅烧改性N-TiO2>一步煅烧改性N-TiO2>纯TiO2，有效的说明了：经过多步煅烧后，改性N-TiO2的吸收光谱向可见光方向转移，能有效地提高光的利用率和量子产率。
以初始浓度为0.1M的KI水溶液为降解目标物，以30W日光灯为光源进行光催化氧化实验研究和所制备材料的重复利用实验研究，如附图2和3所示，光照反应时间为4小时，使用用分光光度计测量反应体系的浓度（752分光光度计，上海元析仪器有限公司），经纯二氧化钛光催化氧化后的KI水溶液的吸光度值为0.879，经一步煅烧氮掺杂改性二氧化钛光催化氧化后的KI水溶液的吸光度值为1.89，经两步煅烧氮掺杂改性二氧化钛光催化氧化后的KI水溶液的吸光度值为2.79，可见利用本方法可以有效提高光催化活性。如附图3可见所制备光催化材料经过五次相同条件下的重复利用实验（光照反应时间为180分钟）后，光催化活性仅仅稍有降低。
本发明实施简便，过程易于控制，且制备出的新型纳米TiO2光催化材料具有良好结晶度、光催化稳定性、热稳定性以及在太阳光激发下的高光催化氧化活性，较传统一步煅烧方法制备的光催化材料相比光催化活性明显提高，且具有良好的光催化稳定性。
附图说明
图1是光催化材料的紫外漫反射（DRS）谱图，其中1为未经改性的二氧化钛（即纯二氧化钛），2利用本发明技术方案制备的光催化材料（即两步煅烧法制备），3为经一步煅烧热处理的二氧化钛（即按照本发明步骤（1）—（4）制备的二氧化钛）。
图2是光催化材料对KI水溶液的降解效率对比图，其中分为三组实验，分别为未经改性的二氧化钛（即纯二氧化钛）、经一步煅烧热处理的二氧化钛（即按照本发明步骤（1）—（4）制备的二氧化钛）和利用本发明技术方案制备的光催化材料（即两步煅烧法制备），每组实验的数据从左至右为4h、3h、2h和1h。
图3是利用本发明技术方案制备光催化材料经过五次相同条件下的重复利用实验图（光照反应时间为120分钟）。
图4是利用本发明技术方案制备的氮掺杂二氧化钛纳米粉体TEM图（JEM-2100F型透射电子显微镜，日本电子公司）。
图5是制备的光催化材料的XRD图（德国布鲁克AXS有限公司产D8-Focus型X射线衍射仪），其中A为利用本发明技术方案制备的光催化材料（即两步煅烧法制备，Ti/N的摩尔比为2.5），B为利用本发明技术方案制备的光催化材料（即两步煅烧法制备，Ti/N的摩尔比为5），C为利用本发明技术方案制备的光催化材料（即两步煅烧法制备，Ti/N的摩尔比为7.5），D为经过两步法煅烧热处理的二氧化钛（按照本发明的两步法进行煅烧，但未经掺杂），E为经一步煅烧热处理的二氧化钛（即按照本发明步骤（1）（3）（4）制备的二氧化钛，但未经掺杂）。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、甲醇和0.05M（mol/L，下同）硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量35％的聚乙烯醇（数均分子量600），并在20℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.3，pH=5.5；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.005向（1）中制备的溶液中加入尿素，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和甲醇的混合溶液（两者体积比为1：10），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于25℃机械搅拌8小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40℃干燥10小时后，在350℃下和氮气保护下煅烧1小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在2.5℃/分，降温速度控制在1℃/分，冷却至室温25℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在350℃空气氛围中煅烧0.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在4℃/分，降温速度控制在1℃/分，冷却至室温20℃，得到最终的光催化材料。
实施例二
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、无水乙醇和0.15M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量50％的聚乙烯醇（数均分子量20，000），并在40℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.8，pH=2.0；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.02向（1）中制备的溶液中加入尿素，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和无水乙醇的混合溶液（两者体积比为1：50），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于45℃机械搅拌14小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40℃干燥24小时后，在650℃下和氦气保护下煅烧4小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在10℃/分，降温速度控制在7℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在600℃空气氛围中煅烧2小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在10℃/分，降温速度控制在4℃/分，冷却至室温20℃，得到最终的光催化材料。
实施例三
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、正丁醇和0.1M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量45％的聚乙烯醇（数均分子量10，000），并在30℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.5，pH=3.5；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.01向（1）中制备的溶液中加入尿素，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和正丁醇的混合溶液（两者体积比为1：30），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于35℃机械搅拌10小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于60℃干燥20小时后，在550℃下和氩气保护下煅烧2小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在7℃/分，降温速度控制在4℃/分，冷却至室温25℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在500℃空气氛围中煅烧1.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在6℃/分，降温速度控制在3℃/分，冷却至室温25℃，得到最终的光催化材料。
实施例四
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、异丁醇和0.05M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量35％的聚乙烯醇（数均分子量600），并在20℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.3，pH=5.5；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.005向（1）中制备的溶液中加入胍，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和异丁醇的混合溶液（两者体积比为1：10），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于35℃机械搅拌10小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于50℃干燥15小时后，在400℃下和氮气保护下煅烧4小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在5℃/分，降温速度控制在5℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在550℃空气氛围中煅烧0.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在7℃/分，降温速度控制在2℃/分，冷却至室温25℃，得到最终的光催化材料。
实施例五
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、甲醇和0.15M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量50％的聚乙烯醇（数均分子量20，000），并在40℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.8，pH=2.0；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.02向（1）中制备的溶液中加入胍，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和无水乙醇的混合溶液（两者体积比为1：50），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于45℃机械搅拌14小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40℃干燥24小时后，在500℃下和氦气保护下煅烧4小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在10℃/分，降温速度控制在7℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在600℃空气氛围中煅烧2小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在10℃/分，降温速度控制在4℃/分，冷却至室温20℃，得到最终的光催化材料。
实施例六
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、正丁醇和0.09M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量40％的聚乙烯醇（数均分子量800），并在25℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.4，pH=2.8；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.015向（1）中制备的溶液中加入胍，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和甲醇的混合溶液（两者体积比为1：25），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于30℃机械搅拌12小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于35℃干燥14小时后，在500℃下和氦气保护下煅烧3小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在5℃/分，降温速度控制在3℃/分，冷却至室温25℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在550℃空气氛围中煅烧1.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在6℃/分，降温速度控制在3℃/分，冷却至室温20℃，得到最终的光催化材料。
实施例七
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、异丁醇和0.05M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量35％的聚乙烯醇（数均分子量600），并在20℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.3，pH=5.5；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.005向（1）中制备的溶液中加入碳酸胺，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和正丁醇的混合溶液（两者体积比为1：10），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于25℃机械搅拌8小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40℃干燥10小时后，在350℃下和氩气保护下煅烧1小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在2.5℃/分，降温速度控制在1℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在350℃空气氛围中煅烧0.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在4℃/分，降温速度控制在1℃/分，冷却至室温20℃，得到最终的光催化材料。
实施例八
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、甲醇和0.15M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量50％的聚乙烯醇（数均分子量20，000），并在20℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.8，pH=2.0；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.02向（1）中制备的溶液中加入碳酸胺，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和无水乙醇的混合溶液（两者体积比为1：50），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于45℃机械搅拌14小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40℃干燥24小时后，在650℃下和氮气保护下煅烧4小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在10℃/分，降温速度控制在7℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在600℃空气氛围中煅烧2小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在10℃/分，降温速度控制在4℃/分，冷却至室温25℃，得到最终的光催化材料。
实施例九
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、无水乙醇和0.13M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量40％的聚乙烯醇（数均分子量800），并在25℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.7，pH=4.6；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.5向（1）中制备的溶液中加入碳酸胺，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和甲醇的混合溶液（两者体积比为1：45），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于40℃机械搅拌9小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于55℃干燥19小时后，在400℃下和氮气保护下煅烧2.5小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在7℃/分，降温速度控制在1.5℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在550℃空气氛围中煅烧1.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在6℃/分，降温速度控制在3℃/分，冷却至室温25℃，得到最终的光催化材料。
实施例十
（1）按照17x：120x：3(1-x)的体积比将钛酸四丁酯、无水乙醇和0.13M硝酸水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量40％的聚乙烯醇（数均分子量800），并在25℃下进行搅拌至其均匀分散，其中x=0.7，pH=4.6；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：0.7向（1）中制备的溶液中加入碳酸胺，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和甲醇的混合溶液（两者体积比为1：45），进行搅拌至其均匀分散；
（4）将混合液于40℃机械搅拌9小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于55℃干燥19小时后，在400℃下和氮气保护下煅烧2.5小时，从室温20℃下升温，升温速度控制在7℃/分，降温速度控制在1.5℃/分，冷却至室温20℃。
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在550℃空气氛围中煅烧1.5小时，从室温25℃下升温，升温速度控制在6℃/分，降温速度控制在3℃/分，冷却至室温25℃，得到最终的光催化材料。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料，其特征在于，所述纳米光催化材料粒径集中分布于13-15nm之间，主要为锐钛矿的结晶，按照下述步骤进行：
（1）按照17x：120x：3（1—x）的体积比将钛酸四丁酯、醇类溶剂和硝酸的水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量35％—50％的聚乙烯醇，并在20—40℃下进行搅拌至其均匀分散，其中0.3≤x≤0.8；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：（0.005—0.7）区间内，向步骤（1）中制备的溶液中加入含氮物质，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向步骤（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和醇类有机溶剂的混合溶液，进行搅拌至其均匀分散；
（4）将步骤（3）制备的混合液于25—45℃机械搅拌8—14小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40—60℃干燥10—24小时后，在350—650℃下和惰性气体保护下煅烧1—4小时，从室温下升温，升温速度控制在2.5—10℃/分，降温速度控制在1—7℃/分，冷却至室温；
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在350—600℃空气氛围中煅烧0.5—2小时，从室温下升温，升温速度控制在4—10℃/分，降温速度控制在1—4℃/分，冷却至室温，得到最终光催化材料。
2.根据权利要求1所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料，其特征在于，所述步骤（1）中，所述醇类溶剂为甲醇、无水乙醇、正丁醇或者异丁醇中的一种；所述硝酸水溶液的浓度为0.05—0.15mol/L；所述聚乙烯醇的数均分子量为600—20000；所述步骤（1）中，通过添加硝酸数量的不同以使最终制备的溶液的pH为2.0—5.5。
3.根据权利要求1所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料，其特征在于，所述步骤（2）中，Ti:N的摩尔比优选1：（0.01—0.02）；所述含氮物质为尿素、胍或碳酸胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料，其特征在于，所述步骤（3）中，所述混合溶液中蒸馏水和醇类有机溶剂的体积比为（1：10）—（1：50），所述醇类有机溶剂为甲醇、无水乙醇、正丁醇或者异丁醇中的一种。
5.根据权利要求1所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料，其特征在于，所述步骤（4）中，所述惰性气体为氮气、氦气或者氩气中的一种；优选在400—550℃下和惰性气体保护下煅烧2—4小时。
6.高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
（1）按照17x：120x：3（1—x）的体积比将钛酸四丁酯、醇类溶剂和硝酸的水溶液配置混合溶液，再向上述混合溶液中加入占混合溶液质量35％—50％的聚乙烯醇，并在20—40℃下进行搅拌至其均匀分散，其中0.3≤x≤0.8；
（2）按照Ti:N的摩尔比于1：（0.005—0.7）区间内，向步骤（1）中制备的溶液中加入含氮物质，进行搅拌至其均匀分散；
（3）向步骤（2）中制备的溶液中滴加蒸馏水和醇类有机溶剂的混合溶液，进行搅拌至其均匀分散；
（4）将步骤（3）制备的混合液于25—45℃机械搅拌8—14小时，形成透明溶胶后置于干燥箱中于40—60℃干燥10—24小时后，在350—650℃下和惰性气体保护下煅烧1—4小时，从室温下升温，升温速度控制在2.5—10℃/分，降温速度控制在1—7℃/分，冷却至室温；
（5）将经（4）步骤煅烧后的催化剂置于在350—600℃空气氛围中煅烧0.5—2小时，从室温下升温，升温速度控制在4—10℃/分，降温速度控制在1—4℃/分，冷却至室温，得到最终光催化材料。
7.根据权利要求6所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述醇类溶剂为甲醇、无水乙醇、正丁醇或者异丁醇中的一种；所述硝酸水溶液的浓度为0.05—0.15mol/L；所述聚乙烯醇的数均分子量为600—20000；所述步骤（1）中，通过添加硝酸数量的不同以使最终制备的溶液的pH为2.0—5.5。
8.根据权利要求6所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，Ti:N的摩尔比优选1：（0.01—0.02）；所述含氮物质为尿素、胍或碳酸胺中的一种。
9.根据权利要求6所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述混合溶液中蒸馏水和醇类有机溶剂的体积比为（1：10）—（1：50），所述醇类有机溶剂为甲醇、无水乙醇、正丁醇或者异丁醇中的一种。
10.根据权利要求6所述的高活性N掺杂改性TiO2纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述惰性气体为氮气、氦气或者氩气中的一种；优选在400—550℃下和惰性气体保护下煅烧2—4小时。
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