CN103801353A - 一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，以钛酸酯为钛源，以尿素的水溶液为碳氮源，搅拌混合钛源和碳氮源得到混合溶液，混合溶液烘干后焙烧制成碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂。本方法工艺简单，可见光催化活性高。

Description

一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛可见光催化剂的制备方法，特别是涉及一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，该催化剂可应用于难降解有机污染物太阳光下的光催化降解。

背景技术

难降解有机污染物是指有毒有害，在自然条件下被微生物分解速度很慢，分解不彻底的有机物（包括某些有机物的代谢产物）。这类污染物溶解度小，易在生物体内富集，也容易沉淀到底泥中成为水体的潜在污染源。难降解有机污染物包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料、抗生素等。而现代工业的发展使含有难降解有机污染物的工业废水中日益增多，废水中难降解有机污染物的深度处理方法为目前研究热点。常用的深度处理方法包括：吸附法、生物处理技术和高级化学氧化法。其中高级化学氧化法中的光催化氧化法降解速度快，不产生二次污染，反应条件温和，是环境领域较活跃的研究方向。二氧化钛高效、化学性质稳定、抗光氧化型强，广泛用于光催化氧化。二氧化钛（锐钛矿型）的禁带宽度为3.2eV，吸收波长小于388nm，吸收波段为紫外光区。二氧化钛掺杂非金属碳、氟、氮、硫等可以提高其光催化活性，提高其可见光响应范围，使难降解有机污染物在可见光下进行催化光降解，减少废水中难降解有机污染物处理中的能量消耗，并可以实现污染物直接在太阳光下进行光催化降解。

研究者围绕二氧化钛的非金属掺杂做了大量研究。中国专利CN1565721A发明了一种在较低温度下制备氮掺杂型二氧化钛可见光催化剂的制备方法，用光助合成溶胶-凝胶的方法，以钛酸酯、铵盐为原料制备氮掺杂型的二氧化钛光催化剂。建立一种非金属掺杂钛基薄膜电极、制备方法及其应用，将非金属掺杂二氧化钛颗粒、造孔剂与二氧化钛纳晶乳状液混合制备成胶乳并涂膜后进行热处理，制备成钛基薄膜电极。报道了一种碳掺杂二氧化钛复合材料的制备方法，以三氯化钛为钛源，以蔗糖为碳源，制备出无定性二氧化钛和碳的复合材料。但上述方法步骤繁琐或煅烧温度较高，不利于操作。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法。

一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，以钛酸酯为钛源，以尿素的水溶液为碳氮源，搅拌混合钛源和碳氮源得到混合溶液，混合溶液烘干后焙烧制成碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂。

所述钛源的制作方法为钛酸酯和有机溶剂混合后，逐滴加入到去离子水中，搅拌4～8小时。

所述钛酸酯为钛酸异丙酯，或钛酸四丁酯，所述有机溶剂为异丙醇，或甲醇，或乙醇，或丙酮，钛酸酯，其中有机溶剂与去离子水的体积比例为：0.25～0.5：1～3：1。

所述掺杂的尿素和钛的质量百分比为1～20%。

所述烘干时间为12～24小时，焙烧温度为300～500℃，焙烧时间为3～12小时。

碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂性能评价在石英玻璃管中进行，评价物为20mg/L甲基橙染料溶液，光催化剂用量为1mg/L，悬浊液搅拌1～2h。将悬浊液暴露于可见光灯下进行光催化降解300min，悬浊液进行2次离心，离心转速12000rpm，离心时间10min，分光光度计测定甲基橙浓度，计算得出甲基橙光催化降解率。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 

实施例。

实施例1：

首先将5ml钛酸四丁酯和20ml有机溶剂（异丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮）混合后，逐滴加入到20ml去离子水中，搅拌4h，制成钛源。然后称取一定量的尿素溶解于去离子水中，配置5ml的尿素水溶液作为碳氮源。将上述碳氮源倒入钛源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和钛的质量百分比为1%。混合溶液搅拌6h后在80℃烘箱里烘干12h，在300℃下焙烧6h。

将制成的可见光催化剂用前述实验条件进行催化性能评价，测定甲基橙的降解率为36.4%。

实施例2;

首先将10ml钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和60ml有机溶剂（异丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮）混合后，逐滴加入到20ml去离子水中，搅拌8h，制成钛源。然后称取一定量的尿素溶解于去离子水中，配置5ml的尿素水溶液作为碳氮源。将上述碳氮源倒入钛源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和钛的质量百分比为20%。混合溶液搅拌12h，在120℃烘箱里烘干24h，在500℃下焙烧12h。

将制成的可见光催化剂用前述实验条件进行催化性能评价，测定甲基橙的降解率为18.2%。

实施例3:

首先将10ml钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和30ml有机溶剂（异丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮）混合后，逐滴加入到20ml去离子水中，搅拌8h，制成钛源。然后称取一定量的尿素溶解于去离子水中，配置10ml的尿素水溶液作为碳氮源。将上述碳氮源倒入钛源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和钛的质量百分比为5%。混合溶液搅拌8h，在80℃烘箱里烘干12h，在400℃下焙烧6h。

将制成的可见光催化剂用前述实验条件进行催化性能评价，测定甲基橙的降解率为87.5%。

实施例4；

首先将10ml钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和30ml有机溶剂（异丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮）混合后，逐滴加入到20ml去离子水中，搅拌4h，制成钛源。然后称取一定量的尿素溶解于去离子水中，配置10ml的尿素水溶液作为碳氮源。将上述碳氮源倒入钛源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和钛的质量百分比为10%。混合溶液搅拌12h后在120℃烘箱里烘干24h，在300℃下焙烧12h。

将制成的可见光催化剂用前述实验条件进行催化性能评价，测定甲基橙的降解率为79.5%。

实施例5;

首先将10ml钛酸酯（钛酸异丙酯或钛酸四丁酯）和30ml有机溶剂（异丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮）混合后，逐滴加入到20ml去离子水中，搅拌4h，制成钛源。然后称取一定量的尿素溶解于去离子水中，配置5ml的尿素水溶液作为碳氮源。将上述碳氮源倒入钛源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和钛的质量百分比为10%。混合溶液搅拌6h后在120℃烘箱里烘干12h，在400℃下焙烧6h。

将制成的可见光催化剂用前述实验条件进行催化性能评价，测定甲基橙的降解率为91.2%。

Claims (5)

1.一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，以钛酸酯为钛源，以尿素的水溶液为碳氮源，搅拌混合钛源和碳氮源得到混合溶液，混合溶液烘干后焙烧制成碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂。

2.根据权利要求1所述一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛源的制作方法为钛酸酯和有机溶剂混合后，逐滴加入到去离子水中，搅拌4～8小时。

3.根据权利要求1所述一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛酸酯为钛酸异丙酯，或钛酸四丁酯，所述有机溶剂为异丙醇，或甲醇，或乙醇，或丙酮，钛酸酯，其中有机溶剂与去离子水的体积比例为：0.25～0.5：1～3：1。

4.根据权利要求1所述一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，所述掺杂的尿素和钛的质量百分比为1～20%。

5.根据权利要求1所述一种碳氮共掺杂的二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于，所述烘干时间为12～24小时，焙烧温度为300～500℃，焙烧时间为3～12小时。