CN114054013A - 一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法 - Google Patents
一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114054013A CN114054013A CN202111468186.XA CN202111468186A CN114054013A CN 114054013 A CN114054013 A CN 114054013A CN 202111468186 A CN202111468186 A CN 202111468186A CN 114054013 A CN114054013 A CN 114054013A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- tio
- stirring
- aerogel
- ethanol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 92
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 36
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 26
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 25
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 8
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 6
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KPZSTOVTJYRDIO-UHFFFAOYSA-K trichlorocerium;heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.Cl[Ce](Cl)Cl KPZSTOVTJYRDIO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 35
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000012822 chemical development Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012847 fine chemical Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
-
- B01J35/39—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/40—Carbon monoxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于CO2光催化还原的CeO2‑TiO2复合气凝胶的制备方法。TiO2气凝胶禁带较宽，光吸收能力较弱，不利于CO2的还原。本发明引入CeO2制备CeO2‑TiO2复合气凝胶，改善光催化还原CO2性能。采用溶胶‑凝胶法结合超临界干燥工艺和高温热处理制备出CeO2‑TiO2复合气凝胶光催化剂，目的是为了改进现有CO2光催化还原技术的不足而提供一种CeO2‑TiO2复合气凝胶的制备方法。该方法原料简单易得，耗能低，工艺简单，制得的CeO2/TiO2复合气凝胶具备高比表面积、低密度以及良好的CO2光催化还原性能。对实现气凝胶材料在温室气体的转化、缓解能源紧缺等环保领域具备积极的生产意义。
Description
技术领域
本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种采用溶胶凝胶法、超临界干燥工艺以及高温热处理制备CeO2-TiO2复合气凝胶光催化剂的制备方法。
背景技术
近年来，随着人们对环境问题的持续关注，CO2的减排逐渐引起人们的重视。自2020年9月第七十五届联合国大会指出要加快形成绿色发展方式，建设生态文明和美丽地球的总要求，中国将提高国家自主贡献力度，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。因此CO2光催化还原技术受到广泛关注。
将CO2光照条件下还原成燃料不仅可以降低温室效应，还能减轻能源危机。目前有很多可用作CO2光催化还原的技术：光催化技术、电催化技术和热催化技术等等。其中光催化技术对CO2进行还原条件温和，节约能源，反应彻底无二次污染，因此受到广泛关注。当前可用作CO2光催化还原的材料也很多：半导体材料、金属硫化物材料和金属氮化物材料等等。Ye等构建了Ti3+与氧空位结合的异质结催化剂，利用rhenium-doped效应制备了Re-TiO2-x/SnO2，其优异的电子迁移率显著提高了光生载流子的分离效率，得到的材料光催化还原CO2的CO产率达到16.59μmol/(g·h)(Separation and Purification Technology,2021,277)。Liu等用水热法合成了不同Bi掺杂量的Ce1-xBixO2-δ光催化剂，通过引入Bi提高固溶体中氧空位的浓度，发现Ce1-xBixO2-δ显示最高的光催化活性，得到的材料光催化还原CO2的CO产量达到0.5μmol/(g·h)(Journal of Materials Science,2021,36(01))。但目前的普通光催化剂有比表面积小、可见光吸收能力差和孔隙率低等不足，气凝胶材料由于它特殊的三维网络骨架结构，有高比表面积和高孔隙率，弥补了普通光催化剂的不足，因此在光催化领域广泛应用。
目前气凝胶光催化还原CO2转换效率仍不是很理想，一方面是由于CO2的结构稳定，活化难度大，另一方面是CO2难溶解于水，导致CO2在催化剂上的活化较为困难。Luo通过溶胶凝胶法制备了TiO2-SiO2气凝胶，以天然色素为模板，提高材料的分散性，便于其吸收可见光，其光催化还原CO2的CO产率达到15.7μmol/(g·h)(Yunnan University,2019)。Wen等用溶胶凝胶法制备了CuO-SiO2气凝胶@TiO2纳米纤维，在纳米纤维上负载CuO-SiO2气凝胶，使其在可见光区的荧光强度进一步增强，以氙灯为光源，光催化还原CO2的甲醇产率达到326μmol/(g·h)(Fine Chemical,2021,38,(05))。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法，采用溶胶凝胶法制备CeO2-TiO2气凝胶材料，有比表面积大、网络骨架结构均匀的特点。这个方法采用的原料和工艺简单，能耗低，是一种理想的光催化材料。制得的CeO2-TiO2气凝胶在可见光照下具有优越的光催化CO2性能。
本发明的技术方案为：一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将钛源和醇溶剂混合，搅拌均匀，得到溶液A；
(2)将酸与醇溶剂混合，搅拌均匀，形成酸的醇溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，搅拌均匀，得到溶液C；
(4)将醇溶剂、去离子水和铈源混合，搅拌均匀得到溶液D，将溶液D加入溶液C中，继续搅拌至凝胶，静置；
(5)将步骤(4)中所得到的凝胶中加入老化液，在烘箱内老化和溶剂置换；
(6)将步骤(5)中得到的湿凝胶进行干燥处理，得到前驱体气凝胶；
(7)将步骤(6)中得到的前驱体气凝胶在马弗炉中进行热处理，最终得到CO2光催化还原性能优异的的CeO2-TiO2复合气凝胶材料。
优选步骤(1)中所述的钛源为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯中的一种或多种的混合物；醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种的混合物；钛源和醇溶剂的体积比为0.1～5:1；步骤(1)中搅拌的温度为15～50℃，搅拌时间为20～60min。
优选步骤(2)中所述的酸为质量浓度为68％～70％的浓硝酸或质量浓度为96％～99％的浓硫酸中的一种或多种的混合物；醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种的混合物；酸和醇溶剂的体积比为0.01～0.1。
优选步骤(2)中的搅拌温度为15～50℃，搅拌时间为10～30min。
优选步骤(3)中所述的溶液B与溶液A按体积比为0.8～1.2：1进行混合；搅拌温度为15～50℃，搅拌时间为20～60min。
优选步骤(4)中所述醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种混合物；铈源为六水合硝酸铈或七水合氯化铈中的一种或多种混合物；铈源、醇溶剂和去离子水的体积比为1:(20～80):(5～25)。
优选步骤(4)中所述的溶液D与溶液C按体积比为0.8～1.2：1进行混合；搅拌温度为15～50℃，搅拌时间为20～60min；静置时间为15～30h。
优选步骤(5)中所述的老化液为甲醇、乙醇或乙醚中的一种；烘箱温度为20～50℃，溶剂置换次数为3～9次，每次间隔时间为8～24h。
优选步骤(5)中所述的干燥方法为乙醇或二氧化碳超临界干燥法：乙醇超临界干燥时，反应温度为250～280℃，高压反应釜内压强为6～10MPa，干燥时间为3～5h；二氧化碳超临界干燥时，反应温度为50～70℃，高压反应釜内压强为6～10MPa，放气速率为8～15L/min，干燥时间为8～10h。
优选步骤(6)中所述热处理温度在300～600℃之间，升温速度为1～5℃/min，热处理保温时间为1～5h。
有益效果：
(1)CeO2-TiO2复合气凝胶相比于传统的TiO2气凝胶来说具有更强的光响应能力，更优越的光催化还原CO2性能。
(2)本方法中制备的CeO2-TiO2复合气凝胶在没有电子牺牲剂以及可见光照下仍具备良好的光催化还原CO2性能。
(3)本发明制备的CeO2-TiO2复合气凝胶具有更均匀的网络骨架结构，便宜环保，符合绿色化学发展理念。
附图说明
图1为实例1的所制备的CeO2-TiO2复合气凝胶光催化还原CO2的CH4和CO2的产量图；
图2为实例2的所制备的CeO2-TiO2复合气凝胶实物图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明，但保护范围并不限于此。
实例1
在烧杯中加入4.4ml钛酸四丁酯和5ml乙醇，30℃下搅拌30min形成均匀混合的溶液A(钛酸四丁酯和乙醇的体积比为0.88)。在烧杯中加入5ml乙醇和0.2ml浓硝酸(质量浓度为68％)形成溶液B(浓硝酸和乙醇的体积比为0.04)，50℃下搅拌10min后，将溶液A与溶液B按体积比为0.8进行混合，15℃下继续搅拌60min得到溶液C。在烧杯中加入1ml去离子水、5ml乙醇和0.437g六水合硝酸铈(六水合硝酸铈、乙醇和去离子水的体积比为1:50:10)，50℃下搅拌40min后加入到溶液C中(与溶液C按体积比为0.8进行混合)，继续搅拌至凝胶。静置24h后向样品中加入乙醇，在50℃烘箱内静置改性，期间用乙醇洗涤9次，每次间隔8h。待溶剂置换完毕，将湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，干燥温度设置为50℃，干燥速率为8L/min，恒压10MPa维持10h，关闭进气并将反应釜内压力释放后取出，得到前驱体气凝胶。在马弗炉中以5℃/min的升温速率升至450℃，保温2h，得到CeO2-TiO2复合气凝胶。图1为所制备的CeO2-TiO2复合气凝胶光催化还原CO2的CH4和CO2的产量图，从图中可以看出在可见光照射2小时的条件下，CH4的产量达到0.70μmol/(g·h)，CO的产量达到3.78μmol/(g·h)。
实例2
在烧杯中加入0.5ml钛酸异丙酯和5ml甲醇，15℃下搅拌60min形成均匀混合的溶液A(钛酸四丁酯和甲醇的体积比为0.1)。在烧杯B中加入5ml甲醇和0.05ml浓硝酸(质量浓度为70％)形成溶液B(浓硝酸和甲醇的体积比为0.01)，15℃下搅拌30min，将溶液A与溶液B按体积比为1.2进行混合，在50℃下继续搅拌20min得到溶液C。在烧杯中加入0.5ml去离子水、2ml甲醇和0.437g六水合硝酸铈(六水合硝酸铈、甲醇和去离子水的体积比为1:20:5)，15℃下搅拌20min后加入到溶液C中(与溶液C按体积比为1.2进行混合)，继续搅拌至凝胶。静置15h后向样品中加入甲醇，在20℃烘箱内静置改性，期间用甲醇洗涤3次，每次间隔24h。待溶剂置换完毕，将湿凝胶放入反应釜中进行乙醇超临界干燥，干燥温度设置为250℃，温度升上去之后，压力维持在10MPa，恒温恒压下状态下维持3h，等反应釜温度降下之后取出容器，得到前驱体气凝胶。取出样品在马弗炉中以1℃/min的升温速率升至300℃，保温1h，得到CeO2-TiO2复合气凝胶。图2为制备的CeO2-TiO2复合气凝胶，从图中可以看出所制得的前驱体气凝胶呈淡黄色的块状材料。在可见光照射2小时的条件下，CH4的产量达到0.90μmol/(g·h)，CO的产量达到4.26μmol/(g·h)。
实例3
在烧杯A中加入10ml钛酸四丁酯、15ml钛酸异丙酯和5ml异丙醇，30℃下搅拌20min形成均匀混合的溶液A(钛源和异丙醇的体积比为5)，在烧杯B中加入5ml异丙醇和0.5ml浓硫酸(质量浓度为96％)形成溶液B(浓硫酸和异丙醇的体积比为0.1)，30℃下搅拌20min，将溶液A与溶液B按体积比为1.0进行混合，30℃下继续搅拌40min。在烧杯中加入2.5ml去离子水、3ml乙醇和0.392g七水合氯化铈(七水合氯化铈、乙醇和去离子水的体积比为1:30:25)，30℃下搅拌60min后加入到溶液C中(与溶液C按体积比为1.0进行混合)，继续搅拌至凝胶。静置30h后向样品中加入乙醚，在30℃烘箱内静置改性，期间用乙醚洗涤8次，每次间隔10h。待溶剂置换完毕，将湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，干燥温度设置为70℃，干燥速率为15L/min，恒压6MPa维持8h，关闭进气并将反应釜内压力释放后取出，得到前驱体气凝胶。在马弗炉中以3℃/min的升温速率升至600℃，保温3h，得到CeO2-TiO2复合气凝胶。在可见光照射2小时的条件下，CH4的产量达到1.2μmol/(g·h)，CO的产量达到5.36μmol/(g·h)。
实例4
在烧杯A中加入10ml钛酸四丁酯和5ml乙醇，45℃下搅拌40min形成均匀混合的溶液A(钛酸四丁酯和乙醇的体积比为2)，在烧杯B中加入5ml乙醇和0.25ml浓硫酸(质量浓度为99％)形成溶液B(浓硫酸和乙醇的体积比为0.05)，25℃下搅拌20min，将溶液A与溶液B按体积比为1.1进行混合，在40℃下继续搅拌40min。在烧杯C中加入2ml去离子水、8ml乙醇和0.437g六水合硝酸铈(六水合硝酸铈、乙醇和去离子水的体积比为1:80:20)，45℃下搅拌30min后加入到溶液C中(与溶液C按体积比为1.1进行混合)，继续搅拌至凝胶。静置20h后向样品中加入乙醇，在40℃烘箱内静置改性，期间用乙醇洗涤6次，每次间隔12h。待溶剂置换完毕待溶剂置换完毕，将湿凝胶放入反应釜中进行乙醇超临界干燥，干燥温度设置为280℃，温度升上去之后，压力维持在6MPa，恒温恒压下状态下维持5h，等反应釜温度降下之后取出容器，得到前驱体气凝胶。取出样品在马弗炉中以2℃/min的升温速率升至500℃，保温,5h，得到CeO2-TiO2复合气凝胶。在可见光照射2小时的条件下，CH4的产量达到1.4μmol/(g·h)，CO的产量达到6.23μmol/(g·h)。
Claims (10)
1.一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将钛源和醇溶剂混合，搅拌均匀，得到溶液A；
(2)将酸与醇溶剂混合，搅拌均匀，形成酸的醇溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，搅拌均匀，得到溶液C；
(4)将醇溶剂、去离子水和铈源混合，搅拌均匀得到溶液D，将溶液D加入溶液C中，继续搅拌至凝胶，静置；
(5)将步骤(4)中所得到的凝胶中加入老化液，在烘箱内老化和溶剂置换；
(6)将步骤(5)中得到的湿凝胶进行干燥处理，得到前驱体气凝胶；
(7)将步骤(6)中得到的前驱体气凝胶在马弗炉中进行热处理，最终得到CO2光催化还原性能优异的的CeO2-TiO2复合气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的钛源为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯中的一种或多种的混合物；醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种的混合物；钛源和醇溶剂的体积比为0.1～5:1；步骤(1)中搅拌的温度为15～50℃，搅拌时间为20～60min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的酸为质量浓度为68％～70％的浓硝酸或质量浓度为96％～99％的浓硫酸中的一种或多种的混合物；醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种的混合物；酸和醇溶剂的体积比为0.01～0.1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中的搅拌温度为15～50℃，搅拌时间为10～30min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的溶液B与溶液A按体积比为0.8～1.2：1进行混合；搅拌温度为15～50℃，搅拌时间为20～60min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种混合物；铈源为六水合硝酸铈或七水合氯化铈中的一种或多种混合物；铈源、醇溶剂和去离子水的体积比为1:(20～80):(5～25)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的溶液D与溶液C按体积比为0.8～1.2：1进行混合；搅拌温度为15～50℃，搅拌时间为20～60min；静置时间为15～30h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的老化液为甲醇、乙醇或乙醚中的一种；烘箱温度为20～50℃，溶剂置换次数为3～9次，每次间隔时间为8～24h。
9.根据权利要求1所述的制备方法。其特征在于步骤(5)中所述的干燥方法为乙醇或二氧化碳超临界干燥法：乙醇超临界干燥时，反应温度为250～280℃，高压反应釜内压强为6～10MPa，干燥时间为3～5h；二氧化碳超临界干燥时，反应温度为50～70℃，高压反应釜内压强为6～10MPa，放气速率为8～15L/min，干燥时间为8～10h。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中所述热处理温度在300～600℃之间，升温速度为1～5℃/min，热处理保温时间为1～5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111468186.XA CN114054013A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111468186.XA CN114054013A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114054013A true CN114054013A (zh) | 2022-02-18 |
Family
ID=80228489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111468186.XA Pending CN114054013A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114054013A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115999641A (zh) * | 2022-08-29 | 2023-04-25 | 山东万博环境治理有限公司 | 一种CeO2@Cu-TCPP复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395805A (en) * | 1993-03-25 | 1995-03-07 | Regents Of The University Of California | Method for making monolithic metal oxide aerogels |
| CN1613555A (zh) * | 2004-09-28 | 2005-05-11 | 北京化工大学 | 纳米复合光催化剂制备的新工艺 |
| US20070119344A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-31 | Yeung King L | Titania-silica aerogel monolith with ordered mesoporosity and preparation thereof |
| CN103055840A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-04-24 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 超临界二氧化碳法制备稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法及装置 |
| CN104014286A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-09-03 | 厦门大学 | 一种TiO2-SiO2复合气凝胶的制备方法 |
| CN107670595A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-02-09 | 南京工业大学 | 一种Ga‑TiO2复合气凝胶的制备方法 |
-
2021
- 2021-12-03 CN CN202111468186.XA patent/CN114054013A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395805A (en) * | 1993-03-25 | 1995-03-07 | Regents Of The University Of California | Method for making monolithic metal oxide aerogels |
| CN1613555A (zh) * | 2004-09-28 | 2005-05-11 | 北京化工大学 | 纳米复合光催化剂制备的新工艺 |
| US20070119344A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-31 | Yeung King L | Titania-silica aerogel monolith with ordered mesoporosity and preparation thereof |
| CN103055840A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-04-24 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 超临界二氧化碳法制备稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法及装置 |
| CN104014286A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-09-03 | 厦门大学 | 一种TiO2-SiO2复合气凝胶的制备方法 |
| CN107670595A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-02-09 | 南京工业大学 | 一种Ga‑TiO2复合气凝胶的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIHENE ARFAOUI,ET AL.: "New CeO2-TiO2, WO3-TiO2 and WO3-CeO2-TiO2 mesoporous aerogel catalysts for the low temperature selective catalytic reduction of NO by NH3" * |
| YANGANG WANG，ET AL.: "Ordered mesoporous CeO2-TiO2 composites: Highly efficient photocatalysts for the reduction of CO2 with H2O under simulated solar irradiation" * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115999641A (zh) * | 2022-08-29 | 2023-04-25 | 山东万博环境治理有限公司 | 一种CeO2@Cu-TCPP复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115999641B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-08-15 | 山东万博环境治理有限公司 | 一种CeO2@Cu-TCPP复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107469851B (zh) | 一种超薄多孔N掺杂g-C3N4光催化剂及其制备方法 | |
| CN100375650C (zh) | 低温法制备碳掺杂介孔二氧化钛可见光光催化剂 | |
| CN107837817B (zh) | 一种碳点/氮化碳/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN105457618A (zh) | 碳量子点及钛共掺杂的介孔氧化硅复合光催化剂 | |
| CN109939643A (zh) | α-Fe2O3掺杂生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN105771948A (zh) | 具有高光催化制氢性能的双壳二氧化钛催化剂及其制备方法 | |
| CN111821966A (zh) | 一种黑色TiO2纳米片光催化剂的制备方法 | |
| CN106994349A (zh) | 一种分级结构的层状钙钛矿光催化剂钛酸铁铋的制备方法及用途 | |
| CN114042471B (zh) | 一种可见光响应型Zn2TiO4/g-C3N4异质结材料及其应用 | |
| CN103878011A (zh) | 合成GaN:ZnO固溶体光催化剂的方法 | |
| CN110038594A (zh) | 一种多孔氧化铟/硫化铟异质结材料的制备方法 | |
| CN112537783A (zh) | 一种W18O49修饰的g-C3N4材料在光催化固氮中的应用 | |
| CN101879443B (zh) | 一种高效率类硼酸锶光催化剂 | |
| CN109289872A (zh) | 一种全光谱响应二氧化碳还原复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN114054013A (zh) | 一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法 | |
| CN106582768B (zh) | 一种二维、三维载体增强氮化碳光催化材料的制备方法 | |
| CN111437866A (zh) | 一种双缺陷异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114570352A (zh) | 一种W18O49/ZnTiO3固氮光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN104923197A (zh) | 具有高效光催化性能的复合物溶胶制备方法 | |
| CN110586057B (zh) | 杂化改性TiO2复合光催化剂、其制备及用途 | |
| CN104437457A (zh) | 全光谱太阳光催化剂的制备方法 | |
| CN103521205A (zh) | 一种制备高光催化活性核壳结构TiO2材料的方法 | |
| CN114849689B (zh) | 一种异质结型复合光催化材料及其制备方法 | |
| CN115999614A (zh) | 一种紫外-可见-近红外光响应的二氧化碳还原光催化剂 | |
| CN104477910A (zh) | 一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |