CN103285868A

CN103285868A - 一种共掺杂纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103285868A
Application number: CN 201310183184
Authority: CN
Inventors: 马玉山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，特别涉及一种钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法。所述钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂以陶瓷为载体，以摩尔分数计，钒的掺杂量为0.5～1%，镧的掺杂量为1～1.5%，铜的掺杂量为0.5～1.1%，锌的掺杂量为0.5～1%，硅的掺杂量为10～12%，陶瓷载体的质量含量为60%。通过共掺杂大大增强光生电子－空穴的有效分离，从而提高了光催化性能。

Description

一种共掺杂纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，特别涉及一种钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法。

背景技术

TiO₂因具有化学性质稳定、催化活性高、成本低、无毒等优点而倍受人们青睐，是当今最受欢迎的光催化剂。其应用范围极其广泛，在污水处理、空气净化、灭菌消毒、皮革工业和化妆品等领域有着巨大的潜在应用价值。它不仅可以使光能转化为化学能，而且可以实现光催化氧化水体和空气中的绝大多数有机污染物，包括染料、表面活性剂和农药等各种难生物降解的有毒有机污染物，降解最终产物为CO₂，H₂O和其它无机离子。近年来，已发现废水中有3000多种难降解的有机污染物，可通过纳米TiO₂的光催化作用使其降解为CO₂，H₂O和无毒的氧化物。

TiO₂光催化技术面临着量子产率低和太阳能利用率低两大难题。适量的稀土元素掺杂TiO₂有利于光生电子和空穴的分离，提高其量子效率，改进TiO₂薄膜在光照下的光催化活性。金属离子掺杂可使TiO₂受激所需能量变小，一定程度上可将其光谱响应范围扩展到可见光区。

管晶等在《应用化工》(2006年第二期117-119页)上发表的“掺钒二氧化钛的可见光催化性能研究”，该文中提出以溶胶-凝胶法制备可见光响应型掺钒TiO₂光催化剂的方法，但其是以荧光灯(模拟太阳光)为光源进行的TiO₂的催化活性评价，且煅烧温度过高在700℃左右。Xiao-FengWu等人采用水热法制备Au-TiO₂核壳型纳米材料，并将该材料应用于光催化降解乙醛。虽然这些掺杂只能改进光催化剂的某一个性能，不能整体提高光催化剂的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对可见光响应良好、整体性能高的钒、镧、铜、锌、硅共掺杂纳米二氧化钛光催化剂。技术方案如下：

一种共掺杂纳米二氧化钛光催化剂，以陶瓷为载体，以摩尔分数计，钒的掺杂量为0.5～1%，镧的掺杂量为1～1.5%，铜的掺杂量为0.5～1.1%，锌的掺杂量为0.5～1%，硅的掺杂量为10～12%，陶瓷载体占催化剂的质量含量为60%。

一种共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将钒掺杂前驱体、镧掺杂前驱体、铜掺杂前驱体、锌掺杂前驱体和硅掺杂前驱体的无水乙醇溶液加入反应器中，用硝酸调整pH为1-3，搅匀；然后搅拌下滴加钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，室温搅拌12～15小时进行水解，得到掺杂的二氧化钛溶胶；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于掺杂的二氧化钛溶胶中50-60min，然后在120℃烘干10-12小时得到干凝胶；将所得干凝胶在炉内焙烧，从室温升至300℃，保持20-50min；然后升温至500℃，保持2h；再升温至650℃，保持2h；随炉冷却至室温，得到钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

所述钒掺杂前驱体是偏钒酸钠，所述镧掺杂前驱体是硝酸镧，所述铜掺杂前驱体是硝酸铜、所述锌掺杂前驱体是硝酸锌，所述硅掺杂前驱体是正硅酸乙酯。

本发明采用稀土和金属离子共掺杂制备的光催化剂，可引起TiO₂晶格的膨胀，适度的晶格膨胀会引起更多的氧缺陷，并成为捕获光生电子的陷阱，大大增强光生电子－空穴的有效分离，从而提高其光催化性能。

具体实施方式

为了更好的理解和实施，下面结合实施例详细说明本发明。

实施例1

将偏钒酸钠、硝酸镧、硝酸铜、硝酸锌、正硅酸乙酯按摩尔比0.5:1:0.5:0.5:10与无水乙醇混合加入反应器中，用硝酸调整pH为1，搅匀；然后搅拌下滴加钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，室温搅拌12小时进行水解，得到掺杂的二氧化钛溶胶；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于掺杂的二氧化钛溶胶中50min，然后在120℃烘干10小时得到干凝胶；将所得干凝胶在炉内焙烧，从室温升至300℃，保持20min；然后升温至500℃，保持2h；再升温至650℃，保持2h；随炉冷却至室温，得到钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

实施例2

将偏钒酸钠、硝酸镧、硝酸铜、硝酸锌、正硅酸乙酯按摩尔比0.8:1.3:0.8:0.8:11与无水乙醇混合加入反应器中，用硝酸调整pH为2，搅匀；然后搅拌下滴加钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，室温搅拌13小时进行水解，得到掺杂的二氧化钛溶胶；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于掺杂的二氧化钛溶胶中55min，然后在120℃烘干11小时得到干凝胶；将所得干凝胶在炉内焙烧，从室温升至300℃，保持35min；然后升温至500℃，保持2h；再升温至650℃，保持2h；随炉冷却至室温，得到钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

实施例3

将偏钒酸钠、硝酸镧、硝酸铜、硝酸锌、正硅酸乙酯按摩尔比1:1.5:1.1:1:12与无水乙醇混合加入反应器中，用硝酸调整pH为3，搅匀；然后搅拌下滴加钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，室温搅拌15小时进行水解，得到掺杂的二氧化钛溶胶；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于掺杂的二氧化钛溶胶中60min，然后在120℃烘干12小时得到干凝胶；将所得干凝胶在炉内焙烧，从室温升至300℃，保持50min；然后升温至500℃，保持2h；再升温至650℃，保持2h；随炉冷却至室温，得到钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

催化剂活性评价试验：称取0.2g实施例1-3所制得的催化剂，加入到初始浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝水溶液中，用光源为100W的高压汞灯照射。每隔20min取5～7mL的反应液，离心分离取上层清液，用分光光度计测定其在665nm处的吸光度。结果如下表所示：

最后需要说明的是，上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的完全限定。所属领域的普通技术人员在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动，这里无法也无需对所有的实施方式给出实施例，但由此所引申出的显而易见的变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种共掺杂纳米二氧化钛光催化剂，以陶瓷为载体，其特征在于，以摩尔分数计，钒的掺杂量为0.5~1%，镧的掺杂量为1~1.5%，铜的掺杂量为0.5~1.1 %，锌的掺杂量为0.5~1%，硅的掺杂量为10~12 %，陶瓷载体占催化剂的质量含量为60%。

2.如权利要求1所述的共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钒掺杂前驱体、镧掺杂前驱体、铜掺杂前驱体、锌掺杂前驱体和硅掺杂前驱体的无水乙醇溶液加入反应器中，用硝酸调整pH为1-3，搅匀；然后搅拌下滴加钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，室温搅拌12~15小时进行水解，得到掺杂的二氧化钛溶胶；将洗净、烘干的成品陶瓷载体浸于掺杂的二氧化钛溶胶中50-60min，然后在120℃烘干10-12小时得到干凝胶；将所得干凝胶在炉内焙烧，从室温升至300℃，保持20-50min；然后升温至500℃，保持2h；再升温至650℃，保持2h；随炉冷却至室温，得到钒、镧、铜、锌、硅共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

3.如权利要求2所述的共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述钒掺杂前驱体是偏钒酸钠，所述镧掺杂前驱体是硝酸镧，所述铜掺杂前驱体是硝酸铜、所述锌掺杂前驱体是硝酸锌，所述硅掺杂前驱体是正硅酸乙酯。