CN103301866A - 一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法。本发明将纳米硅铝管加入到0.1-0.6mol/L的含氮沉淀剂溶液中，其中含纳米硅铝管0.8-3.2g/L，调节pH值1-3，加入等体积的0.01-0.05mol/L的硫酸钛溶液，将混合液于40-90℃水浴加热2-6h，搅拌，沉淀，过滤，用去离子水洗涤沉淀物数次，干燥后在400-600℃下煅烧4-6h，制得氮掺杂二氧化钛负载纳米管材料。本发明解决了负载二氧化钛方法制备中负载载体不具有纳米空间和纳米效应，颗粒较大，利用率低，光催化效率不高等缺陷。本发明通过溶胶-凝胶法，在纳米硅铝管内外壁上沉积氮掺杂纳米二氧化钛，二氧化钛与载体具有很强的结合力，特点是负载率高、结合力强、负载颗粒细小均匀，同时制备方法简单、成本低。

Description

一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法

技术领域

本发明属于光催化材料领域，涉及一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法。

背景技术

太阳光中只有5％的紫外光，其余为可见光.为了在光催化反应中有效利用太阳能，开发具有可见光活性的光催化剂就显得非常重要.二氧化钛具有成本低、化学稳定性好、安全无毒、无二次污染等优点，不仅用于气相以及水溶液中有机污染物的降解、除臭、自洁以及杀菌，还因优良的光学和电子性质而用于光电转换。.但是，一方面二氧化钛的禁带较宽(Eg＝3.2eV)，仅能吸收紫外光，太阳能利用率低，而人造紫外光源又具有耗电大，设备昂贵，稳定性差等缺点；另一方面，受光激发形成的空穴和电子易于复合，降低了光量子效率，因此缩小催化剂的禁带宽度使吸收光谱向可见光扩展及抑止光生电子与空穴的复合成为目前最有挑战性的课题。

由于单纯的光催化剂二氧化钛在废水、废气处理中存在回收困难，易聚集等缺点，严重影响二氧化钛的光催化性能，制备负载型二氧化钛光催化剂势在必行。目前使用的载体主要有有机类和无机类，有机类载体指某些高分子聚合物，如饱和的碳链聚合物，但因为有机物的耐热性和抗氧化性较差，光催化的寿命较短。无机载体主要有玻璃类和吸附剂类，玻璃类的透光性好，光催化性强，但是玻璃光滑表面对二氧化钛的吸附型呢国内较差，限制了催化剂的使用寿命，吸附性类载体本身多空，附着力强，比表面积大，因此常用作载体。目前已被用作二氧化钛的吸附类载体主要有活性炭，硅胶，沸石，硅藻土等。

负载二氧化钛光催化剂的方法分为物理负载法和化学负载法，物理负载法通常直接将已制成的高活性二氧化钛粉末固定在载体上，不涉及化学反应，简单易行，但牢固性较差，且分步不均匀，透光性较低。化学负载法主要有溶胶-凝胶法、离子交换法、偶联法、交联法和液相沉积法。

本发明之前的负载二氧化钛方法制备的光催化剂一般在紫外区域有较好的吸收，在可见光区域吸收较少，同时负载载体主要是硅藻土，蒙脱土，活性炭等载体上，不具有纳米空间和纳米效应，二氧化钛的颗粒较大，利用率低，光催化效率不高。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法。

本发明的技术方案是：

将纳米硅铝管加入到0.1-0.6mol/L的含氮沉淀剂(尿素，碳酸铵，碳酸氢铵)溶液中，其中含纳米硅铝管0.8-3.2g/L，调节pH值1-3，加入等体积的0.01-0.05mol/L的硫酸钛溶液，将混合液于40-90℃水浴加热2-6h，搅拌，沉淀，过滤，用去离子水洗涤沉淀物数次，干燥后在400-600℃下煅烧4-6h，制得氮掺杂二氧化钛负载纳米管材料。

上述所述的纳米管是天然高岭土提取出来，含量为80-99％，孔径为20-30纳米，长度为1-2微米，纤维状，主要含60％左右二氧化硅，30％左右氧化铝，比表面积40-70m²/g。

上述所述的沉淀剂为尿素，碳酸铵，碳酸氢铵一种或者两种以上。

上述所述的含氮沉淀剂溶液的浓度为0.1-0.6mol/L，优选0.3-0.5g/L。

上述所述的沉淀剂溶液中含纳米硅铝管为0.8-3.2g/L，优选1.5-2.0g/L。

上述所述的混合溶液pH值为1-3。

上述所述的硫酸钛溶液浓度0.01-0.05mol/L，优选0.02-0.04mol/L。

上述所述的水解沉淀温度为40-90℃，优选70-80℃；处理时间2-6h，优选4-6h。

上述所述的焙烧温度为500-550℃；处理时间4-6h。

本发明中催化剂的载体为纳米管状结构，通过溶胶-凝胶法，在纳米硅铝管内外壁上沉积氮掺杂纳米二氧化钛，二氧化钛与载体具有很强的结合力。本发明的特点是负载率高、结合力强、负载颗粒细小均匀，同时制备方法简单、成本低。

附图说明

图1——本发明所制备的纳米管载体和纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的XRD示意图。

图2——本发明所制备的纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的紫外可见光谱分析示意图。

具体实施方式

实施例1：

称取1.8g尿素并加入去离子水溶解至50ml，室温条件下搅拌溶解，然后加入0.16g纳米硅铝管，室温下搅拌均匀，用浓硫酸调节溶液pH值为3，缓慢加入50ml的0.05mol/L的硫酸钛溶液，搅拌混合均匀后水浴升温至80℃反应4小时，反应结束后过滤，用去离子水洗涤沉淀物3次后120℃干燥6h，在500℃条件下焙烧6h，制得纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛复合材料。

实施例2：

称取2g碳酸铵并加入去离子水溶解至50ml，室温条件下搅拌溶解，然后加入0.1g纳米硅铝管，室温下搅拌均匀，用浓硫酸调节溶液pH值为2，缓慢加入50ml的0.01mol/L的硫酸钛溶液，搅拌混合均匀后升温至50℃反应2小时，反应结束后过滤，用去离子水洗涤沉淀物3次后120℃干燥6h，在400℃条件下焙烧4h，制得纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛复合材料。

实施例3：

称取2g碳酸氢铵并加入去离子水溶解至50ml，室温条件下搅拌溶解，然后加入0.08g纳米硅铝管，室温下搅拌均匀，用浓硫酸调节溶液pH值为1，加入50ml的0.01mol/L的硫酸钛溶液，搅拌混合均匀后升温至50℃反应2小时，反应结束后过滤，用去离子水洗涤沉淀物3次后120℃干燥5h，在400℃条件下焙烧4h，制得纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛复合材料。

实施例4：

称取2g碳酸氢铵加去离子水溶解至50ml，室温条件下搅拌溶解，加入0.12g纳米硅铝管，室温下搅拌均匀，用浓硫酸调节溶液pH值为2，加入50ml的0.05mol/L的硫酸钛溶液，搅拌混合均匀后升温至30℃反应6小时，反应结束后过滤，用去离子水洗涤沉淀物3次后120℃干燥2h，在600℃条件下焙烧2h，制得纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛复合材料。

如图1所示：从图中可以看出，与空白纳米管比较，负载二氧化钛的纳米硅铝管的XRD衍射峰并没有显示出二氧化钛的晶体衍射峰，从而证明本发明制备的负载二氧化钛具有较好的分散性能。

如图2所示：纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的紫外可见吸收峰显著发生了红移，光吸收阈值红移至570nm左右，即在可见光区域具有非常强和宽的吸收边带(400nm-550nm)，说明本发明制备的负载型二氧化钛具有较好的可见光催化性能。

Claims (10)

1.一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于步骤如下：将纳米硅铝管加入到0.1-0.6mol/L的含氮沉淀剂溶液中，其中含纳米硅铝管0.8-3.2g/L，调节pH值1-3，加入等体积的0.01-0.05mol/L的硫酸钛溶液，将混合液于40-90℃水浴加热2-6h，搅拌，沉淀，过滤，用去离子水洗涤沉淀物数次，干燥后在400-600℃下煅烧4-6h，制得氮掺杂二氧化钛负载纳米管材料。 

2.根据权利要求1所述的一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于纳米管是天然高岭土提取出来，含量为80-99％，孔径为20-30纳米，长度为1-2微米，纤维状，主要含60％左右二氧化硅，30％左右氧化铝，比表面积40-70m²/％。 

3.根据权利要求1所述的一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于沉淀剂为尿素，碳酸铵，碳酸氢铵一种或者两种以上。 

4.根据权利要求1所述的一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于沉淀剂的浓度为0.1-0.6mol/L。 

5.根据权利要求1所述的一种纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于纳米硅铝管在尿素溶液中的含量0.8-3.2g/L。 

6.根据权利要求1所述的纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于混合溶液的pH值为1-3。 

7.根据权利要求1所述的纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于硫酸钛的浓度0.01-0.05mol/L。 

8.根据权利要求1所述的纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于水解沉淀温度为40-90℃。 

9.根据权利要求1所述的纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于水解沉淀时间为2-6h。 

10.根据权利要求1所述的纳米硅铝管负载氮掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于焙烧温度为400-600℃。 

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