一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，以鈦酸酯為鈦源，以尿素的水溶液為碳氮源，攪拌混合鈦源和碳氮源得到混合溶液，混合溶液烘干后焙燒制成碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑。本方法工藝簡單，可見光催化活性高。
【專利說明】一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，特別是涉及一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，該催化劑可應用于難降解有機污染物太陽光下的光催化降解。
【背景技術】
[0002]難降解有機污染物是指有毒有害，在自然條件下被微生物分解速度很慢，分解不徹底的有機物(包括某些有機物的代謝產(chǎn)物)。這類污染物溶解度小，易在生物體內(nèi)富集，也容易沉淀到底泥中成為水體的潛在污染源。難降解有機污染物包括多環(huán)芳烴、鹵代烴、雜環(huán)類化合物、有機磷農(nóng)藥、表面活性劑、有機染料、抗生素等。而現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使含有難降解有機污染物的工業(yè)廢水中日益增多，廢水中難降解有機污染物的深度處理方法為目前研究熱點。常用的深度處理方法包括:吸附法、生物處理技術和高級化學氧化法。其中高級化學氧化法中的光催化氧化法降解速度快，不產(chǎn)生二次污染，反應條件溫和，是環(huán)境領域較活躍的研究方向。二氧化鈦高效、化學性質(zhì)穩(wěn)定、抗光氧化型強，廣泛用于光催化氧化。二氧化鈦(銳鈦礦型)的禁帶寬度為3.2eV，吸收波長小于388nm，吸收波段為紫外光區(qū)。二氧化鈦摻雜非金屬碳、氟、氮、硫等可以提高其光催化活性，提高其可見光響應范圍，使難降解有機污染物在可見光下進行催化光降解，減少廢水中難降解有機污染物處理中的能量消耗，并可以實現(xiàn)污染物直接在太陽光下進行光催化降解。
[0003]研究者圍繞二氧化鈦的非金屬摻雜做了大量研究。中國專利CN1565721A發(fā)明了一種在較低溫度下制備氮摻雜型二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，用光助合成溶膠-凝膠的方法，以鈦酸酯、銨鹽為原料制備氮摻雜型的二氧化鈦光催化劑。建立一種非金屬摻雜鈦基薄膜電極、制備方法及其應用，將非金屬摻雜二氧化鈦顆粒、造孔劑與二氧化鈦納晶乳狀液混合制備成膠乳并涂膜后進行熱處理，制備成鈦基薄膜電極。報道了一種碳摻雜二氧化鈦復合材料的制備方法，以三氯化鈦為鈦源，以蔗糖為碳源，制備出無定性二氧化鈦和碳的復合材料。但上述方法步驟繁瑣或煅燒溫度較高，不利于操作。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法。
[0005]一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，以鈦酸酯為鈦源，以尿素的水溶液為碳氮源，攪拌混合鈦源和碳氮源得到混合溶液，混合溶液烘干后焙燒制成碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑。
[0006]所述鈦源的制作方法為鈦酸酯和有機溶劑混合后，逐滴加入到去離子水中，攪拌4?8小時。
[0007]所述鈦酸酯為鈦酸異丙酯，或鈦酸四丁酯，所述有機溶劑為異丙醇，或甲醇，或乙醇，或丙酮，鈦酸酯，其中有機溶劑與去離子水的體積比例為:0.25?0.5:1?3:1。[0008]所述摻雜的尿素和鈦的質(zhì)量百分比為I?20%。
[0009]所述烘干時間為12?24小時，焙燒溫度為300?500°C，焙燒時間為3?12小時。
[0010]碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑性能評價在石英玻璃管中進行，評價物為20mg/L甲基橙染料溶液，光催化劑用量為lmg/L，懸濁液攪拌I?2h。將懸濁液暴露于可見光燈下進行光催化降解300min，懸濁液進行2次離心，離心轉速12000rpm，離心時間lOmin，分光光度計測定甲基橙濃度，計算得出甲基橙光催化降解率。
【具體實施方式】
[0011]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述
實施例。
[0012]實施例1:
首先將5ml鈦酸四丁酯和20ml有機溶劑(異丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮)混合后，逐滴加入到20ml去離子水中，攪拌4h，制成鈦源。然后稱取一定量的尿素溶解于去離子水中，配置5ml的尿素水溶液作為碳氮源。將上述碳氮源倒入鈦源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和鈦的質(zhì)量百分比為1%。混合溶液攪拌6h后在80°C烘箱里烘干12h，在300°C下焙燒6h。
[0013]將制成的可見光催化劑用前述實驗條件進行催化性能評價，測定甲基橙的降解率為 36.4%ο
[0014]實施例2;
首先將IOml鈦酸酯(鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯)和60ml有機溶劑(異丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮)混合后，逐滴加入到20ml去離子水中，攪拌8h，制成鈦源。然后稱取一定量的尿素溶解于去離子水中，配置5ml的尿素水溶液作為碳氮源。將上述碳氮源倒入鈦源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和鈦的質(zhì)量百分比為20%?；旌先芤簲嚢?2h，在120°C烘箱里烘干24h，在500°C下焙燒12h。
[0015]將制成的可見光催化劑用前述實驗條件進行催化性能評價，測定甲基橙的降解率為 18.2%ο
[0016]實施例3:
首先將IOml鈦酸酯(鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯)和30ml有機溶劑(異丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮)混合后，逐滴加入到20ml去離子水中，攪拌8h，制成鈦源。然后稱取一定量的尿素溶解于去離子水中，配置IOml的尿素水溶液作為碳氮源。將上述碳氮源倒入鈦源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和鈦的質(zhì)量百分比為5%?；旌先芤簲嚢?h，在80°C烘箱里烘干12h，在400°C下焙燒6h。
[0017]將制成的可見光催化劑用前述實驗條件進行催化性能評價，測定甲基橙的降解率為 87.5%ο
[0018]實施例4;
首先將IOml鈦酸酯(鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯)和30ml有機溶劑(異丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮)混合后，逐滴加入到20ml去離子水中，攪拌4h，制成鈦源。然后稱取一定量的尿素溶解于去離子水中，配置IOml的尿素水溶液作為碳氮源。將上述碳氮源倒入鈦源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和鈦的質(zhì)量百分比為10%?；旌先芤簲嚢?2h后在120°C烘箱里烘干24h，在300°C下焙燒12h。
[0019]將制成的可見光催化劑用前述實驗條件進行催化性能評價，測定甲基橙的降解率為 79.5%ο
[0020]實施例5;
首先將IOml鈦酸酯(鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯)和30ml有機溶劑(異丙醇、或甲醇、或乙醇、或丙酮)混合后，逐滴加入到20ml去離子水中，攪拌4h，制成鈦源。然后稱取一定量的尿素溶解于去離子水中，配置5ml的尿素水溶液作為碳氮源。將上述碳氮源倒入鈦源中得到混合溶液，混合溶液中尿素和鈦的質(zhì)量百分比為10%。混合溶液攪拌6h后在120°C烘箱里烘干12h，在400°C下焙燒6h。
[0021]將制成的可見光催化劑用前述實驗條件進行催化性能評價，測定甲基橙的降解率為 91.2% ο
【權利要求】
1.一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，以鈦酸酯為鈦源，以尿素的水溶液為碳氮源，攪拌混合鈦源和碳氮源得到混合溶液，混合溶液烘干后焙燒制成碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈦源的制作方法為鈦酸酯和有機溶劑混合后，逐滴加入到去離子水中，攪拌4?8小時。
3.根據(jù)權利要求1所述一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈦酸酯為鈦酸異丙酯，或鈦酸四丁酯，所述有機溶劑為異丙醇，或甲醇，或乙醇，或丙酮，鈦酸酯，其中有機溶劑與去離子水的體積比例為:0.25?0.5:1?3:1。
4.根據(jù)權利要求1所述一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，所述摻雜的尿素和鈦的質(zhì)量百分比為I?20%。
5.根據(jù)權利要求1所述一種碳氮共摻雜的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，其特征在于，所述烘干時間為12?24小時，焙燒溫度為300?500°C，焙燒時間為3?12小時。
【文檔編號】A62D3/17GK103801353SQ201210455909
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權日:2012年11月14日
【發(fā)明者】王婷, 董亞梅, 張豪杰, 劉爽, 王發(fā)根, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司