CN114210316B - 一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用 - Google Patents
一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114210316B CN114210316B CN202111308225.XA CN202111308225A CN114210316B CN 114210316 B CN114210316 B CN 114210316B CN 202111308225 A CN202111308225 A CN 202111308225A CN 114210316 B CN114210316 B CN 114210316B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- barium titanate
- titanium dioxide
- shell structure
- nanowire
- application
- 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.)
- Active
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical group [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 12
- GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N sodium metatitanate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Ti](=O)O[Ti](=O)O[Ti]([O-])=O GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ZUDYPQRUOYEARG-UHFFFAOYSA-L barium(2+);dihydroxide;octahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.[OH-].[OH-].[Ba+2] ZUDYPQRUOYEARG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 7
- NMGYKLMMQCTUGI-UHFFFAOYSA-J diazanium;titanium(4+);hexafluoride Chemical compound [NH4+].[NH4+].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[Ti+4] NMGYKLMMQCTUGI-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 6
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 5
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 5
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- WGVVIVGNBSSANI-UHFFFAOYSA-N n-(6-chloro-5-phenyl-1h-indazol-3-yl)butanamide Chemical compound C1=C2C(NC(=O)CCC)=NNC2=CC(Cl)=C1C1=CC=CC=C1 WGVVIVGNBSSANI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 4
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 3
- ZTKQHJHANLVEBM-UHFFFAOYSA-N 2-[3-(ethylamino)-6-ethylimino-2,7-dimethylxanthen-9-yl]benzoic acid Chemical compound C1=2C=C(C)C(NCC)=CC=2OC2=CC(=NCC)C(C)=CC2=C1C1=CC=CC=C1C(O)=O ZTKQHJHANLVEBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PYLYNBWPKVWXJC-UHFFFAOYSA-N [Nb].[Pb] Chemical compound [Nb].[Pb] PYLYNBWPKVWXJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229910021519 iron(III) oxide-hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- UKDIAJWKFXFVFG-UHFFFAOYSA-N potassium;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [K+].[O-][Nb](=O)=O UKDIAJWKFXFVFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 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
- B01J23/02—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用，通过两步水热法合成钛酸钡纳米线，并通过化学浴法在其表面生长二氧化钛壳层，构建钛酸钡@二氧化钛(BT@TiO2)纳米线核壳结构，利用压电陶瓷的压电效应对二氧化钛光生电荷的分离的促进作用，应用在压电‑光催化降解有机染料领域，且具有极强的优势：(1)在光照和超声的作用下，具有超高的催化降解有机染料性能，超过目前几乎全部压电‑光催化复合材料；(2)对高浓度的不同染料的降解都展现了较高的催化降解效率；(3)在钛酸钡纳米线压电陶瓷表面化学浴生长二氧化钛的方法是创新性的突破，目前还没有过报道，成本低廉，合成方式简单，能够大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及钛酸钡压电-光共催化技术领域，具体涉及一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用。
背景技术
钛酸钡是一个传统的无铅压电材料，避免含铅压电陶瓷中铅对环境造成的污染，现有的钛酸钡基压电光催化陶瓷主要包括：铌铅共掺杂，钯负载的二氧化钛/钛酸钡纳米异质结光催化剂，钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂，以及钛酸钡/羟基氧化铁光催化剂等，但是上述在应用方面都是应用在光催化领域，现有的光催化光生电子和空穴容易复合，导致催化性能较低，现有的压电光催化，压电效应引用的是超声作为驱动力，超声在自然界中难以获得，在实际应用中难以达到专利报导的效果。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用，通过两步水热法合成钛酸钡纳米线，并通过化学浴法在其表面生长二氧化钛壳层，构建钛酸钡@二氧化钛(BT@TiO2)纳米线核壳结构利用压电陶瓷的压电效应对二氧化钛光生电荷的分离的促进作用，应用在压电-光催化降解有机染料领域，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1、将0.2～0.3M的二氧化钛粉末分散于8～12M氢氧化钠溶液中，磁力搅拌，超声，转移入反应釜中，再使用烘箱干燥；
S2、将经步骤S1所得产物用去离子水和无水乙醇冲洗3～5次，再置于烘箱烘干得到钛酸钠；
S3、将钛酸钠浸泡在稀盐酸中，室温下搅拌3～8h，然后用去离子水和无水乙醇冲洗至溶液pH为中性，得产物钛酸，再置于30～100℃烘箱中干燥；
S4、取八水合氢氧化钡分散于去离子水中，混合均匀后加入钛酸，超声后转移入反应釜，将反应釜放在180～220℃烘箱中反应6～12h，得到的产物钛酸钡纳米线；
S5、配置含硼酸和氟钛酸铵的混合溶液，再向溶液中加入钛酸钡纳米线，在一定温度环境下搅拌，然后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，放入30～100℃烘箱烘干；
S6、将经步骤S5得到的产物置于马弗炉中升温到300～550℃保温，随炉冷却，得到二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线。
优选的，在步骤S1中，所述的磁力搅拌，超声具体是磁力搅拌80min，超声35min；所述的烘箱干燥是在200℃中反应24h。
优选的，所述步骤S2中烘箱的温度为70℃。
优选的，所述步骤S3中是将0.2～0.3M的钛酸钠浸泡在0.1～0.3M的稀盐酸中。
优选的，所述步骤S4中是取0.04～0.1M的八水合氢氧化钡分散于60～100ml去离子水中，混合均匀后加入8～12mM的钛酸。
优选的，所述步骤S5中硼酸、氟钛酸铵的摩尔比为2：1～4：1。
优选的，所述步骤S5中的在一定温度环境下搅拌具体是在60℃下搅拌40-120min。
优选的，所述步骤S6中马弗炉中升温的升温速率为1℃/min；保温时间为30min。
另外，本发明还提供了另外一种技术方案：一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，将二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线应用于催化降解有机染料罗丹明B。
优选的，所述的催化降解有机染料罗丹明B是在超声和光照共同作用下催化降解，15min内降解效率达到91.39％，反应速率常数达0.207min-1。
本发明的有益效果是：本发明方法制备的钛酸钡@二氧化钛(BT@TiO2)纳米线核壳结构应用在催化领域具有极强的优势：(1)在光照和超声的作用下，具有超高的催化降解有机染料性能，超过目前几乎全部压电-光催化复合材料；(2)对高浓度的不同染料的降解都展现了较高的催化降解效率；(3)在钛酸钡纳米线压电陶瓷表面化学浴生长二氧化钛的方法是创新性的突破，目前还没有过报道，成本低廉，合成方式简单，能够大批量生产。
附图说明
图1为本发明方法中钛酸钡纳米线制备流程图；
图2为本发明方法中钛酸钡纳米线包覆二氧化钛制备流程图；
图3为本发明实施例1中BT@TiO2与纯BT的扫描电镜图对比图，图3(a)为纯BT纳米线扫描电镜图,图3(b)为BT化学浴沉积TiO2 40min扫描电镜图，图3(c)为BT化学浴沉积TiO280min扫描电镜图，图3(d)为BT化学浴沉积TiO2 120min扫描电镜图；
图4为本发明实施例1中BT@TiO2-120降解不同浓度的RhB的反应动力学曲线；
图5为本发明实施例1中BT@TiO2-120降解5mg/L RhB、MB、MO、A07四种染料的反应动力学曲线，
图6为循环测试下C/C0与降解时间的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
两步水热法合成钛酸钡纳米线
(1)取1.25g TiO2分散于60mL 10M的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌80min，超声35min，转移入反应釜内胆，装入反应釜，放入烘箱，在200℃中反应24h，所得产物用去离子水和无水乙醇冲洗三遍，再放入70℃烘箱烘干得到钛酸钠(Na2Ti3O7)。
(2)将0.2M第一步所得的Na2Ti3O7产物浸泡在0.2M的稀盐酸中，室温下搅拌4h，然后用去离子水和无水乙醇冲洗至溶液pH为7，所得产物钛酸(H2Ti3O7)再置于70℃烘箱中干燥。
(3)取0.9464g八水合氢氧化钡分散于60mL去离子中，混合均匀后加入0.15g钛酸，超声25min，转移入反应釜内胆，装入反应釜放在200℃烘箱中反应8h，得到的产物钛酸钡纳米线，制备流程如图1所示。
化学浴在钛酸钡纳米线表面沉积二氧化钛
采用化学浴的方法在BT NWs上负载TiO2纳米颗粒。
(1)配置100mL含0.2M硼酸和0.075M氟钛酸铵溶液，再向溶液中加入0.045M第一步所得的钛酸钡纳米线，60℃下搅拌40min，然后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，放入70℃烘箱烘干；
(2)得到的产物再放入马弗炉中以1℃/min的速率升温到350℃，保温30min后随炉冷却，得到二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线(BT@TiO2)，制备流程如图2所示。
实施例2
两步水热法合成钛酸钡纳米线
(1)取1.25g TiO2分散于60mL 10M的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌80min，超声35min，转移入反应釜内胆，装入反应釜，放入烘箱，在200℃中反应24h，所得产物用去离子水和无水乙醇冲洗三遍，再放入70℃烘箱烘干得到钛酸钠(Na2Ti3O7)。
(2)将0.26M第一步所得产物Na2Ti3O7浸泡在0.2M的稀盐酸中，室温下搅拌4h，然后用去离子水和无水乙醇冲洗至溶液pH为7，所得产物钛酸(H2Ti3O7)再置于70℃烘箱中干燥。
(3)取0.9464g八水合氢氧化钡分散于60mL去离子中，混合均匀后加入0.15g钛酸，超声25min，转移入反应釜内胆，装入反应釜放在200℃烘箱中反应8h，得到的产物钛酸钡纳米线。
化学浴在钛酸钡纳米线表面沉积二氧化钛
采用化学浴的方法在BT NWs上负载TiO2纳米颗粒。
(1)配置100mL含0.2M硼酸和0.075M氟钛酸铵溶液，再向溶液中加入0.056M第一步所得的钛酸钡纳米线，60℃下搅拌40min，然后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，放入70℃烘箱烘干；
(2)得到的产物再放入马弗炉中以1℃/min的速率升温到350℃，保温30min后随炉冷却，得到二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线(BT@TiO2)。
实施例3
两步水热法合成钛酸钡纳米线
(1)取1.25g TiO2分散于60mL 10M的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌80min，超声35min，转移入反应釜内胆，装入反应釜，放入烘箱，在200℃中反应24h，所得产物用去离子水和无水乙醇冲洗三遍，再放入70℃烘箱烘干得到钛酸钠(Na2Ti3O7)。
(2)将0.3M第一步所得产物的Na2Ti3O7浸泡在0.2M的稀盐酸中，室温下搅拌4h，然后用去离子水和无水乙醇冲洗至溶液pH为7，所得产物钛酸(H2Ti3O7)再置于70℃烘箱中干燥。
(3)取0.9464g八水合氢氧化钡分散于60mL去离子中，混合均匀后加入0.15g钛酸，超声25min，转移入反应釜内胆，装入反应釜放在200℃烘箱中反应8h，得到的产物钛酸钡纳米线。
化学浴在钛酸钡纳米线表面沉积二氧化钛
采用化学浴的方法在BT NWs上负载TiO2纳米颗粒。
(1)配置100mL含0.2M硼酸和0.075M氟钛酸铵溶液，再向溶液中加入0.064M第一步所得的钛酸钡纳米线，60℃下搅拌40min，然后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，放入70℃烘箱烘干；
(2)得到的产物再放入马弗炉中以1℃/min的速率升温到350℃，保温30min后随炉冷却，得到二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线(BT@TiO2)。
应用：催化降解有机染料
纯BT与实施例1中BT@TiO2的SEM对比图如图3所示，由图3可知纯的钛酸钡表面光滑，呈现豆荚长条状，如图3a所示；图3b-d为包覆了二氧化钛的钛酸钡，表面出现明显的颗粒，变得粗糙，且随着包覆的时间的增长，表面粗糙程度加强，纳米线的直径变大。
取0.05g实施例1中得到的BT@TiO2催化剂在超声和光照共同作用下催化降解100mL有机染料罗丹明B(RhB)，BT@TiO2降解不同浓度(5、10、20、30mg/L)的RhB性能如图4所示，15min后5mg/L的RhB染料几乎全部变白，此时降解率已达91.39％，反应速率常数0.207min-1。催化剂降解20mg/L和30mg/L RhB时可明显看出溶液褪色速度变慢了，但经过60min后20mg/L的罗丹明降解率可达99.46％，而降解99.50％的30mg/L RhB也只需要75min，且经过15min后溶液吸光度都至少下降了3/5。随着RhB浓度的增加，BT@TiO2-120的降解速率常数递减，值得注意的是其在高浓度的降解效果依旧显著，降解20mg/L和30mg/LRhB速率常数也达到了0.088、0.067min-1。综上可以看出BT@TiO2在超声和光照作用下相对于纯的BT和TiO2具有超高的催化性能。
BT@TiO2催化剂具有普适性
另外选取了5mg/L甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)及橙黄Ⅱ(A07)等三种常见染料在超声和光照共同激发下进行了降解测试，并和之前降解同浓度的RhB做对比，观察BT@TiO2在不同染料上表现出的性能差异，如图5所示。其中RhB和MB褪色速度远快与其余两种染料，15min后溶液褪色明显，分别呈淡粉、浅蓝色；而MO和A07溶液则是在超声75min后仍有染料残留。由图谱可知，BT@TiO2-120降解RhB的效果最佳，MB、A07、MO依次递减，速率常数分别为0.207、0.152、0.040、0.022min-1。
BT@TiO2催化剂具有优异的循环稳定性能
取0.05g BT@TiO2粉分散于100mL 10mg/L的RhB溶液中，在45kHz超声振动和300w氙灯照射下进行催化降解实验，等溶液完全变白后离心，洗出样品粉末，70℃下烘干，再重复上述降解RhB的实验，以此评估此催化剂的循环稳定性。
如图6所示，六次循环实验中都具有相似的降解率-时间曲线，15min后即可发现溶液明显变浅，此时就至少降解了70％的RhB，30min时溶液肉眼可见大致呈白色，吸光度光谱图显示45min后降解了溶液中97％的RhB。在第五次和第六次循环测试中，15min时降解率略有下降，这可能是因为在回收样品的过程中不可避免损失了少量的粉末。
BT@TiO2在六次循环测试后仍可以在45min时降解97.08％的RhB，其催化降解性能未随重复使用而削减，同时揭示了此复合材料在机械振动和光辐射下依旧能保持结构的完整和稳定性，以此证明染料的降解是由压电-光催化作用的结果而不是催化剂与染料直接发生化学反应。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：将二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线应用于压电-光催化降解有机染料罗丹明B，所述二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1、将0.2～0.3M的二氧化钛粉末分散于8～12M氢氧化钠溶液中，磁力搅拌，超声，转移入反应釜中，再使用烘箱干燥；
S2、将经步骤S1所得产物用去离子水和无水乙醇冲洗3～5次，再置于烘箱烘干得到钛酸钠；
S3、将钛酸钠浸泡在稀盐酸中，室温下搅拌3～8h，然后用去离子水和无水乙醇冲洗至溶液pH为中性，得产物钛酸，再置于30～100℃烘箱中干燥；
S4、取八水合氢氧化钡分散于去离子水中，混合均匀后加入钛酸，超声后转移入反应釜，将反应釜放在180～220℃烘箱中反应6～12h，得到的产物钛酸钡纳米线；
S5、配置含硼酸和氟钛酸铵的混合溶液，再向溶液中加入钛酸钡纳米线，在一定温度环境下搅拌，然后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，放入30～100℃烘箱烘干；
S6、将经步骤S5得到的产物置于马弗炉中升温到300～550℃保温，随炉冷却，得到二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：在步骤S1中，所述的磁力搅拌，超声具体是磁力搅拌80min，超声35min；所述的烘箱干燥是在200℃中反应24h。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述步骤S2中烘箱的温度为70℃。
4.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述步骤S3中是将0.2～0.3M的钛酸钠浸泡在0.1～0.3M的稀盐酸中。
5.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述步骤S4中是取0.04～0.1M的八水合氢氧化钡分散于60～100ml去离子水中，混合均匀后加入8～12mM的钛酸。
6.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述步骤S5中硼酸、氟钛酸铵的摩尔比为2：1～4：1。
7.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述步骤S5中的在一定温度环境下搅拌具体是在60℃下搅拌40-120min。
8.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述步骤S6中马弗炉中升温的升温速率为1℃/min；保温时间为30min。
9.根据权利要求1所述的二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的应用，其特征在于：所述的催化降解有机染料罗丹明B是在超声和光照共同作用下催化降解，15min内降解效率达到91.39％，反应速率常数达0.207min-1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111308225.XA CN114210316B (zh) | 2021-11-05 | 2021-11-05 | 一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111308225.XA CN114210316B (zh) | 2021-11-05 | 2021-11-05 | 一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114210316A CN114210316A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114210316B true CN114210316B (zh) | 2022-09-23 |
Family
ID=80696558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111308225.XA Active CN114210316B (zh) | 2021-11-05 | 2021-11-05 | 一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114210316B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115121289B (zh) * | 2022-07-06 | 2023-07-04 | 苏州大学 | 钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结及其制备方法 |
| WO2024007199A1 (zh) * | 2022-07-06 | 2024-01-11 | 苏州大学 | 钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结及其制备方法 |
| CN115382531A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-25 | 重庆工商大学 | 一种物理研磨形成钛酸钡与二氧化钛异质结光催化剂及其制备方法 |
| CN116282137B (zh) * | 2023-03-17 | 2024-04-16 | 齐齐哈尔大学 | 一种超薄四方相BaTiO3纳米片的制备方法 |
| CN117732460B (zh) * | 2023-12-18 | 2024-07-30 | 湖北禾谷环保有限公司 | 一种耐氯cos水解催化剂及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8440162B1 (en) * | 2006-12-18 | 2013-05-14 | The Research Foundation Of State University Of New York | Titanate and titania nanostructures and nanostructure assemblies, and methods of making same |
| CN107442097B (zh) * | 2017-08-25 | 2020-09-08 | 盐城师范学院 | 一种用于有机合成的光催化剂及其制备方法 |
| CN112939069A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-06-11 | 之江实验室 | 一种具有均匀包覆结构的钛酸钡@二氧化钛纳米粉末的制备方法 |
-
2021
- 2021-11-05 CN CN202111308225.XA patent/CN114210316B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114210316A (zh) | 2022-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114210316B (zh) | 一种二氧化钛包覆钛酸钡的核壳结构纳米线陶瓷的制备方法及其应用 | |
| CN110756215B (zh) | 一种CoP-HCCN复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN1861252A (zh) | 一种沸石基纳米二氧化钛双功能材料及其制备方法 | |
| CN111974385B (zh) | 一种高效光催化去除高浓度硝酸盐的光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN111085238A (zh) | 含氮缺陷的中空管状石墨相氮化碳光催化剂及其制法和应用 | |
| CN113649075B (zh) | 一种类苦瓜状NaNbO3@ZIF-8压电-光催化剂的制备方法 | |
| CN112588283A (zh) | 一种碳量子点/介孔层状二氧化钛及其制备方法和应用 | |
| CN112007632A (zh) | 一种新型花状SnO2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN111111727A (zh) | 一种三元磁性复合可见光催化纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN105833913A (zh) | 一种化学改性的二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
| CN108502922A (zh) | 一种锐钛矿二氧化钛微球及其制备方法 | |
| WO2012051641A1 (en) | Metal oxide particles | |
| Tavakoli-Azar et al. | Enhanced photocatalytic activity of ZrO2-CdZrO3-S nanocomposites for degradation of Crystal Violet dye under sunlight | |
| CN111659450A (zh) | 一种Ag3PO4/g-C3N4@MoS2复合光催化材料及制备方法和应用 | |
| CN113522320A (zh) | 一种椭球状卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113600164A (zh) | 一种铁掺杂碳量子点/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN109437292A (zh) | 一种高效合成的超薄二维二氧化钛纳米片及制备方法 | |
| CN107597088A (zh) | 一种TiO2‑玄武岩光催化纤维的微波水热合成方法 | |
| CN107029719A (zh) | 一种Bi2O3/Ag2WO4/Bi2WO6复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN113351202B (zh) | 一种降解污染物的二氧化钛/钌单原子贵金属纳米催化材料其制备方法 | |
| Zhang et al. | Carbon-dot-modified TiO 2− x mesoporous single crystals with enhanced photocatalytic activity for degradation of phenol | |
| CN108906015A (zh) | 一种纳米洋葱碳/二氧化钛/二氧化硅复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN112892557B (zh) | 一种SiO2@CdS@SiO2核壳光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113559856A (zh) | 一种钛酸钡/碘酸银异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN1907864A (zh) | 纳米微晶纤维素诱导结晶制备纳米二氧化钛的方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |