CN103263903A - 用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，包括以下步骤：配料、凝胶化：滴加氨水调节pH值至7～9，继续搅拌；混合液搅拌均匀成溶胶后，开始加热，同时继续搅拌，加热温度为60～90℃，加热时间为1～3小时，至凝胶状态；烘干：在180℃～250℃ 的鼓风烘箱中干燥8～24小时，得到黑色的前驱体粉末；球磨：将黑色的前驱体粉末放入高能球磨机中球磨1～10小时；煅烧，得到用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶。本发明合成的Nd掺杂TiO2颗粒尺寸均一，约15～25纳米，形貌规整、结晶良好，用于光催化降解有机物性能优于商品纳米二氧化钛P25，可有效地用于各种含有机质废水的净化。

Description

用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米晶的制备方法，特别是涉及一种用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，本发明属于材料化学技术领域。
背景技术
二氧化钛是重要的多功能的氧化物半导体材料，在光伏器件、光催化、气敏和生物传感器方面都有重要应用。稀土离子掺杂是一种常用的二氧化钛改性方法，其中，钕元素掺杂二氧化钛纳米晶可有效增加有效光吸收带宽，提升光催化效率。
常用的二氧化钛纳米晶合成方法主要有溶胶凝胶法、水热/溶剂热法、高能球磨法、水解共沉淀法等。溶胶凝胶法可获得形貌规整的细前躯体胶粒，但直接煅烧易使晶粒团聚并长大；高能球磨法可获得细小颗粒的颗粒，但不易获得规整的颗粒形貌。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法。
一种用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）配料：将乙醇与水按预混组成混合溶液，体积比为2:1～5:1，再加入酸作为溶解剂和水解反应的抑制剂；再加入钛的有机前躯体、含钕的化合物以及络合剂，搅拌直至全部溶解；
（2）凝胶化：滴加氨水调节pH值至7～9，继续搅拌；混合液搅拌均匀成溶胶后，开始加热，同时继续搅拌，加热温度为60～90℃，加热时间为1～3 小时，至凝胶状态；
（3）烘干：在180℃～250℃的鼓风烘箱中干燥8～24小时，得到黑色的前驱体粉末；
（4）球磨：将黑色的前驱体粉末放入高能球磨机中球磨1～10小时；
（5）煅烧，得到用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶。
所述的酸为硝酸、盐酸、醋酸中的一种或其组合，加入酸后溶液pH值调节为1～2。
所述的钛的有机前躯体为钛酸四正丁酯、或钛酸四异丙酯，其中钛化合物在混合溶液中浓度为0.05～0.15 molL-1；含钕的化合物为硝酸钕、或乙酸钕，在最后混合溶液中钕元素的浓度为钛元素浓度的2～8%。
所述的络合剂为三乙醇胺、酒石酸、柠檬酸、草酸、氮三乙酸、乙二胺四乙酸中的任何两种组合，其中络合剂总摩尔数为金属元素总摩尔量的1.5～4倍。
所述的黑色前驱体球磨溶剂为水、或乙醇，过程中球料质量比为4:1～10:1，球磨的转速为300～550 r/min。
    烘干后粉体放在500～800oC的马弗炉中煅烧3～8小时。
本发明的创新点在于使用溶胶凝胶结合高能球磨方法合成形貌规整、具有较好光催化特性的Nd掺杂TiO2纳米晶。本发明合成的Nd掺杂TiO2颗粒尺寸均一，结晶良好，用于光催化降解有机物（如甲基橙）性能优于商品纳米二氧化钛P25，可有效地用于各种含有机质废水的净化。
采用300 W的高压汞灯作为紫外光光源。配置20 mg/L的甲基橙溶液，在室温下，分别量取100 mL甲基橙溶液置于光催化反应试管中；然后，称取前面制备的样品0.05 g加入试管中，在密闭光反应器里搅拌30 min，使之达到吸附-脱附平衡；在磁力搅拌下，置于光催化反应仪中，在紫外光照的条件下，每隔10 min 取样一次，可见光下每隔20min取样一次，然后离心分离，取上层清夜，放入分光光度计中测定甲基橙溶液的吸光度，评价其光催化降解活性。计算光催化降解率：
Figure 2013101664734100002DEST_PATH_IMAGE001
式中A0为光照前染料溶液的初始吸光度值；At为光照t时间后染料溶液的吸光度值。
采用0.05 g商品TiO2（P25）作为光催化剂同样方法测试作为对照。
附图说明
图1为采用本发明（实施例1）合成Nd掺杂TiO2纳米晶的XRD图谱， TiO2（JCPDS 21-1272）的标准图谱作为比较。
图2(a)为采用本发明（实施例1）合成Nd掺杂TiO2纳米晶的XRD的透射电镜照片；(b)为采用本发明（实施例1）合成Nd掺杂TiO2纳米晶的XRD的高分辨透射电镜照片。
图3 (a)为采用商品TiO2（P25）作为光催化剂在紫外光下催化降解甲基橙的效果图；采用本发明(b)实施例1、(c) 实施例4和 (d) 实施例5合成Nd掺杂的TiO2纳米晶作为光催化剂在紫外光下催化降解甲基橙的效果图。相同时间合成的Nd掺杂的TiO2纳米晶比纯商品P25降解效率有较高的提升。
具体实施方式
实施例1：
    首先按照体积比将80 mL乙醇与20 mL水预混组成混合溶液，加入的HNO3使得pH为1；将Ti和Nd的化合物，按照Ti:Nd=98:2的摩尔比进行配料，加入9.8 mmoL钛酸四正丁酯、0.2 mmoL硝酸钕、15 mmoL柠檬酸和15 mmoL乙二胺四乙酸，搅拌，直至全部溶解；然后滴加100 ml氨水调节pH值至8，继续搅拌并加热至凝胶状态；然后在240℃的鼓风烘箱中烘干，得到黑色蓬松的中间产物前驱体，放入高能球磨机中球磨1~10 h（球料比为5:1，球磨的转速为400 r/min），最后将球磨好的产物放入马弗炉中700℃煅烧5 h得到Nd掺杂的TiO2纳米晶。
图1显示生成产物与TiO2标准谱（JCPDS 21-1272）较好对应，样品的衍射峰略向右偏移，标明原子半径较大的Nd原子进入TiO2晶格中；图2(a)显示产物为纳米球形或椭球形纳米颗粒，尺寸多在15～25纳米之间，图3(b)显示纳米颗粒结晶良好；图3(b) 显示采用合成的Nd掺杂的TiO2纳米晶作为紫外光催化剂降解甲基橙50分钟降解率达到86.1%，高于商品P25的催化效果（图4 (a)：50分钟降解率73.2%）。
实施例2：
重复实施例1，但分别用钛酸四异丙酯和乙酸钕代替钛酸四正丁酯和硝酸钕，得到Nd掺杂的TiO2纳米晶。
实施例3：
重复实施例1，但分别用酒石酸和氮三乙酸代替柠檬酸和乙二胺四乙酸，得到Nd掺杂的TiO2纳米晶。
实施例4、5：
    重复实施例1，按照Ti:Nd为96:4和92:8投料，得到Nd掺杂的TiO2纳米晶。图4  (c)和(d)显示采用实施例4（4%Nd）和实施例5（8%Nd）作为紫外光催化剂降解甲基橙50分钟降解率为分别为86.5%和80.4%。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）配料：将乙醇与水按预混组成混合溶液，体积比为2:1～5:1，再加入酸作为溶解剂和水解反应的抑制剂；再加入钛的有机前躯体、含钕的化合物以及络合剂，搅拌直至全部溶解；
（2）凝胶化：滴加氨水调节pH值至7～9，继续搅拌；混合液搅拌均匀成溶胶后，开始加热，同时继续搅拌，加热温度为60～90℃，加热时间为1～3 小时，至凝胶状态；
（3）烘干：在180℃～250℃的鼓风烘箱中干燥8～24小时，得到黑色的前驱体粉末；
（4）球磨：将黑色的前驱体粉末放入高能球磨机中球磨1～10小时；
（5）煅烧，得到用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶。
2.根据权利要求1所述用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述的酸为硝酸、盐酸、醋酸中的一种或其组合，加入酸后溶液pH值调节为1～2。
3.根据权利要求1所述用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述的钛的有机前躯体为钛酸四正丁酯、或钛酸四异丙酯，其中钛化合物在混合溶液中浓度为0.05～0.15 molL-1；含钕的化合物为硝酸钕、或乙酸钕，在最后混合溶液中钕元素的浓度为钛元素浓度的2～8%。
4.根据权利要求1所述用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述的络合剂为三乙醇胺、酒石酸、柠檬酸、草酸、氮三乙酸、乙二胺四乙酸中的任何两种组合，其中络合剂总摩尔数为金属元素总摩尔量的1.5～4倍。
5.根据权利要求1所述用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述的黑色前驱体球磨溶剂为水、或乙醇，过程中球料质量比为4:1～10:1，球磨的转速为300～550 r/min。
6.根据权利要求1所述用于光催化的钕掺杂二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，烘干后粉体放在500～800oC的马弗炉中煅烧3～8小时。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104772147A (zh) * 2015-03-20 2015-07-15 江苏师范大学 一种紫外光和可见光响应的光催化剂及其制备方法
CN105080531A (zh) * 2015-08-13 2015-11-25 上海工程技术大学 一种掺钕介孔二氧化钛微球光催化剂的制备方法
CN108187651A (zh) * 2017-12-28 2018-06-22 山东纳安环保科技有限公司 一种载锌纳米二氧化钛的制备方法和应用
CN108996602A (zh) * 2018-08-23 2018-12-14 曹立军 基于煤矸石的水体净化板及其制备方法
CN111346634A (zh) * 2018-12-24 2020-06-30 上海萃励电子科技有限公司 一种Rh掺杂氧化钛纳米晶的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101028592A (zh) * 2007-04-05 2007-09-05 东华大学 多功能TiO2改性光催化剂的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101028592A (zh) * 2007-04-05 2007-09-05 东华大学 多功能TiO2改性光催化剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱晓东等: "溶胶-凝胶法制备Nd掺杂纳米TiO2", 《成都大学学报（自然科学版）》, vol. 30, no. 3, 30 September 2011 (2011-09-30), pages 274 - 276 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104772147A (zh) * 2015-03-20 2015-07-15 江苏师范大学 一种紫外光和可见光响应的光催化剂及其制备方法
CN104772147B (zh) * 2015-03-20 2017-12-15 江苏师范大学 一种紫外光和可见光响应的光催化剂及其制备方法
CN105080531A (zh) * 2015-08-13 2015-11-25 上海工程技术大学 一种掺钕介孔二氧化钛微球光催化剂的制备方法
CN108187651A (zh) * 2017-12-28 2018-06-22 山东纳安环保科技有限公司 一种载锌纳米二氧化钛的制备方法和应用
CN108996602A (zh) * 2018-08-23 2018-12-14 曹立军 基于煤矸石的水体净化板及其制备方法
CN108996602B (zh) * 2018-08-23 2021-11-12 陕西龙宾立为生态科技有限公司 基于煤矸石的水体净化板及其制备方法
CN111346634A (zh) * 2018-12-24 2020-06-30 上海萃励电子科技有限公司 一种Rh掺杂氧化钛纳米晶的制备方法

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