CN1290610C - 镧系稀土离子掺杂TiO2球形光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化剂的制备，主要是光催化剂的制备方法。光催化方法消除有机污染物具有理想的应用前景，采用球形TiO2，则可保持悬浮态体系充分利用光源的优点，要想大幅度提高TiO2的光催化活性，目前采用TiO2胶体与粉体简单混合的方式制备出纯净的TiO2微球，但以溶胶为原料的制备工艺比较复杂。同时，粉末状的TiO2因为体系中存在的水蒸汽容易板结成块，堵塞反应器，降低反应效率。因此，制备流动性能好的球形光催化剂也十分必要。本发明提供一种镧系离子搀杂的高活性球形TiO2光催化剂的简单制备方本法。
Description
技术领域
本发明属于催化剂的制备，主要是具有可见光活性的光催化剂的制备方法。
背景技术
光催化方法消除有机污染物具有理想的应用前景，但用于水处理时，需解决TiO2粉末催化剂使用后分离和回收的利用难题。目前采用的催化剂固定技术，导致光源利用率降低，反应器设计难度加大。如采用球形TiO2，则可保持悬浮态体系充分利用光源的优点，同时空气搅拌停止后，微球能在重力作用下自然快速沉降而与溶液分离。但是，与粉末相比，由于球形TiO2的分散性仍然降低，因而光催化活性有待进一步提高。要想大幅度提高TiO2的光催化活性，可以考虑将TiO2制备成具有一定粒径的球形颗粒，在空气的搅拌作用下，可以在溶液中保持悬浮壮，当反应完毕停止鼓气时，球形颗粒可以在重力的作用下快速沉降到反应器底部从而方便地实现固液分离。目前已经有中国专利(02112734.4)采用TiO2胶体与粉体简单混合的方式制备出纯净的TiO2微球，但是，该专利没有涉及TiO2微球的任何用途，同时，以溶胶为原料的工艺操作比较复杂。同时，光催化方法用于空气净化或废气处理过程中，粉末状的TiO2因为体系中存在的水蒸汽容易板结成块，堵塞反应器，降低反应效率。因此，制备流动性能好的球形光催化剂也十分必要。从改善光催化剂的吸附性能和提高表面光生电子-空穴对的分离能力两方面入手。
另一方面，由于纯二氧化钛吸收光波长在385纳米以下的紫外光，在利用太阳光特别是室内弱光方面受到限制，而且，紫外光产生的臭氧对人体有害，造成二次污染。文献调查表明，表面掺杂改性可以使TiO2光催化剂有较明显的吸收光红移，从而有效利用可见光。
本发明的目的在於：(1)提供一种镧系离子搀杂的、具有可见光活性球形的TiO2光催化剂的简单制备方法。(2)提供这种新型光催化剂的应用方法。
发明内容
本发明的新型光催化剂的制备按以下步骤进行：以0.5-50千克钛盐(硫酸钛，硫酸氧钛，四氯化钛，钛酸酯或偏钛酸)为原料，剧烈搅拌并逐滴加入浓硫酸5-50毫升，再向其中分别加入以钛盐、浓硫酸、镧系元素盐为100％的摩尔分数为0.1-5％的镧系(镧、铈、铷)稀土元素的硝酸盐或硫酸盐，和为钛盐体积1-8倍的水，在工作温度为50-350℃和8-20Hz雾化频率下雾化成形，按10℃/小时升温至400-1200℃，焙烧2-10小时，得到一种具有良好吸附性能和可见光光催化活性的球形TiO2光催化剂。
这种球形光催化剂的优点在于(1)对有机污染物的吸附能力和自身表面的光生电子-空穴对的分离能力两方面均有大幅度提高，因而表现出更强的光催化活性。(2)作为水处理用的光催化剂时，既保持悬浮体系便于分散的优点，又具有使用后便于沉降分离、反复使用的优点。(3)用于空气净化或废气处理时，流动性能好，不发生板结。(4)具有可见光活性。
实施例1
将硫酸氧钛1.5kg中加入水6kg，剧烈搅拌并逐滴加入浓硫酸10毫升，和摩尔分数为0.1％的硫酸镧，调节喷雾成型机中的雾化温度130℃，雾化成半干的球状物，放置8小时，按10℃/小时的速度升温到650℃，然后保持8小时后，冷却至室温，得T号产品，其形貌特征和晶型分别见附图1和附图2所示。图1可知，所得的TiO2呈规则的球形。由图2可知，样品TiO2主要为锐钛型。
图1球形TiO2的SEM照片 图2球形TiO2的XRD图
实施例2
将四氯化钛1.5kg中加入水6kg，剧烈搅拌并逐滴加入浓硫酸10毫升，再按摩尔比0.2％、0.8％和1.5％加入鑭、铈、和铷的硫酸盐，调节喷雾成型机中的雾化温度150℃，雾化成半干的球状物，放置8小时，按10℃/小时的速度升温到650℃，然后保持8小时后，冷却至室温，得T-La、T-Ce、T-Nd号产品。
实施例3
将偏钛酸1.5kg中加入水6kg，剧烈搅拌并逐滴加入浓硫酸10毫升，再分别按摩尔比0.2％，0.7％，1.2％，1.6％，5.0％加入适量的镧的硝酸盐，调节喷雾成型机中的雾化温度120℃，雾化成半干的球状物，放置8小时，按10℃/小时的速度升温到650℃，然后保持8小时后，冷却至室温，得TL-0.2、TL-0.7、TL-1.2、TL-1.6、TL-2.0号产品。
Claims (3)
1、一种镧系稀土离子掺杂TiO2球形光催化剂的制备方法，其特征在于以0.5-50千克钛盐为原料，剧烈搅拌并逐滴加入浓硫酸5-50毫升，再向其中分别加入以钛盐、浓硫酸、镧系稀土元素盐为100％的摩尔分数为0.1-5％的镧系稀土元素盐，和为钛盐体积1-8倍的水，在温度为50-350℃和8-20Hz雾化频率下雾化成形的条件下，按10℃/小时的速度升温至400-1200℃，焙烧2-10小时，得到一种具有良好吸附性能和可见光光催化活性球形光催化剂。
2、根据权利要求1中所述的镧系稀土离子掺杂TiO2球形光催化剂的制备方法，其特征在于钛盐为硫酸钛，硫酸氧钛，四氯化钛、钛酸酯或偏钛酸。
3、根据权利要求1中所述的镧系稀土离子掺杂TiO2球形光催化剂的制备方法，其特征在于镧系稀土元素盐为硝酸盐或硫酸盐。
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