專利名稱：一種二氧化鈦光催化劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術：
TiO2是當前最有應用潛力的一種η型半導體光催化劑，它具有良好的化學和生物惰性，能確保安全且廉價易得。與其他的半導體材料相比，二氧化鈦半導體材料具有強氧化性、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒和價格低廉、對反應底物的光催化降解徹底、儲量豐富等優(yōu)點而成為最具有應用潛力的半導體光催化劑。隨著綠色化學和環(huán)境治理的要求，TiO2的光催化性能在環(huán)境的治理方面發(fā)揮著巨大的優(yōu)勢。R. ff. Mathews用而/打02光催化法先后于1985年和1987年對水中含有的34種有機污染物進行了研究，發(fā)現(xiàn)它們的最終產(chǎn)物是CO2和HC1， 這極大的鼓舞了 T^2在光催化降解有機物方面的應用。目前制備TW2的方法有熱分解法、溶膠-凝膠法、液相沉積法、水解法和水熱法等。在這些合成方法中，溶膠-凝膠法以其能獲得具有成分均勻、純度高的納米粉體等優(yōu)點，在合成摻雜材料方面具有較好的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種易于合成、光催化降解效率高的制備二氧化鈦光催化劑的方法。本發(fā)明實現(xiàn)過程如下
一種二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括以下步驟
(1)將2.5-2. 7ml異丙醇與8. 0-8. 8g鈦酸四丁酯以及0_6. Oml醇溶液混合均勻得溶液
A；
(2)將4.0-6. Oml異丙醇、2. 7-2. 9ml去離子水和5. 5-5. 7ml冰乙酸混合均勻得溶液B ；
(3)將溶液B滴加至A中，攪拌均勻得到溶膠；
(4)將溶膠陳放至凝膠化；
(5)將凝膠分散于蒸餾水中，于140-180°C反應48-60h，得到TiO2無定形粉體；
(6)TiO2無定形粉體在450-550°C煅燒2- 得到TW2光催化劑。上述步驟(1)所述的醇溶液為甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、正己醇和環(huán)己醇，優(yōu)選為異丙醇、乙醇和正己醇，更優(yōu)選為異丙醇、乙醇，最優(yōu)選為異丙醇；醇溶液的添加量為 4-6ml，最優(yōu)選為5 ml。上述方法制備得到的TiO2光催化劑通過降解濃度為10_4M 4-硝基苯酚G-NP)溶液來評估其光催化效果，具體實驗步驟如下
(1)首先配置10_4M4-NP溶液；
(2)稱量0.05g TiO2粉末，將其分散于50. Oml上述溶液中超聲lOmin，得到的懸浮液于黑暗中攪拌30min，使TiO2粉末達到吸附平衡；
(3)達到平衡后，測量溶液pH值，并吸取5.Oml溶液離心取上層清液測量其于317nm波長處的吸光度值；
(4)將步驟( 得到的溶液放在水浴中置于250w的高壓汞燈下照射，隔IOmin中取一次樣，離心并吸取上層清液測量吸光度值。4-NP光催化降解反應為一級反應，反應動力學表達式In {CjC) = kt. k為表觀反應速率常數(shù)，G為反應初始時4-NP的濃度義為時間為t的4-NP的濃度。根據(jù)朗伯比爾定律吸光度值A與濃度C的關系滿足以下公式Α= ε bC，A為吸光度，ε為摩爾吸光系數(shù)， C為吸光物質(zhì)的濃度，b為吸收層厚度。因此，TiO2光催化劑的降解效率可用表觀反應速率常數(shù)來表征。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果
1、由溶膠-凝膠-水熱方法制備得到的TiA光催化劑結(jié)晶度高，分散性好。2、通過額外添加不同類別的醇類溶劑得到了具有優(yōu)異光催化效率的TW2光催化劑。


圖1為添加/不添加醇溶液合成的TW2樣品的XRD圖譜，(a)環(huán)己醇，(b)正己醇，(c)乙醇，(d)異丙醇，(e)正丁醇，(f)甲醇，和(g)未添加醇溶液；
圖2為添加異丙醇合成得到的T^2樣品的N2低溫吸附等溫線； 圖3為添加正丁醇合成得到的TW2樣品的N2低溫吸附等溫線； 圖4為添加正丁醇合成的TW2樣品對四硝基苯酚溶液降解過程的紫外吸收圖譜； 圖5為添加異丙醇合成得到的TiO2樣品對四硝基苯酚溶液降解過程的紫外吸收圖
譜；
圖6添加/不添加醇溶液合成得到的T^2在紫外光照射下對4-NP的降解圖，(a)異丙醇，(b)甲醇，(c)乙醇，(d)正己醇，(e)環(huán)己醇，(f)未添加醇溶液，(g)正丁醇，和(h)P25。
具體實施例方式本發(fā)明通過在溶膠-凝膠合成二氧化鈦光催化劑制備過程中，在溶膠制備中添加了不同的醇溶液，希望篩選得到高光催化活性的二氧化鈦光催化劑，以達到催化降解有機污染物的效率。發(fā)明人經(jīng)過反復嘗試，幸運的發(fā)現(xiàn)了不同的醇溶液極大地影響二氧化鈦光催化劑的效率，下面結(jié)合實例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。(1)在2.6ml異丙醇中加入5. Oml醇溶液，再加入鈦酸四丁酯8. 4405g，攪拌 30min得到溶液A ；
(2)將5.Oml異丙醇、2. 8ml去離子水和5. 6ml冰乙酸混合，攪拌30min得到溶液B ；
(3)將溶液B慢慢的一邊滴加至A中，同時攪拌，滴加完成后攪拌30min得到溶膠；
(4)將步驟(3)得到的溶膠隔夜陳放凝膠化，形成均一的凝膠.
(5)將得到的均一的凝膠分散于蒸餾水中，超聲15min，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高溫反應釜中，于160°C反應60h，得到1102無定形粉末，離心并于60°C干燥，500°C煅燒4h得到納米粉末。
圖1為添加不同醇溶劑制備得到的TiO2粉末樣品的XRD圖譜，從圖中可以看出， 合成得到的TW2粉末均為銳鈦礦型晶相(PDF No. 21-1272)。圖2和3為添加異丙醇和正丁醇的TW2粉末樣品的隊低溫吸附等溫線，圖2中添加異丙醇的TW2粉末樣品的比表面積和孔徑大小分別為76 m2/g和8. 7 nm，圖3中添加正丁醇的TW2粉末樣品的比表面積和孔徑大小分別為65m2/g和6. 8 nm。圖4和5分別為添加正丁醇和異丙醇合成得到的TW2樣品對四硝基苯酚溶液降解過程的紫外吸收圖譜。圖中顯示4-NP在50min內(nèi)基本降解完，添加異丙醇的TiO2粉末樣品的催化效果最好，優(yōu)于P25的降解效率。如圖6所示，通過添加不同醇溶液，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在光催化劑的制備過程中呈現(xiàn)溶劑效應，具體反映在添加的醇溶液不同，得到的二氧化鈦光催化劑對有機污染物光降解效率不同，光催化效果順序為異丙醇> P25 >乙醇 > 正己醇〉正丁醇=未添加醇溶液〉 甲醇〉環(huán)己醇?？梢姡砑赢惐妓铣傻腡iO2粉末樣品對4-NP的降解效果明顯優(yōu)于所選的其他溶劑所合成T^2粉末樣品，也由于P25，故異丙醇為所選溶劑中的最優(yōu)溶劑。發(fā)明人嘗試了添加烴類溶劑，發(fā)現(xiàn)添加后反而催化效果均不如未添加醇溶液制備的二氧化鈦光催化劑，其光催化效果順序為正己烷〉環(huán)己烷〉環(huán)氧丙烷。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括以下步驟(1)將2.5-2. 7ml異丙醇與8. 0-8. 8g鈦酸四丁酯以及0_6. Oml醇溶液混合均勻得溶液A；(2)將4-6.Oml異丙醇、2. 7-2. 9ml去離子水和5. 5-5. 7ml冰乙酸混合均勻得溶液B ；(3)將溶液B滴加至A中，攪拌均勻得到溶膠；(4)將溶膠陳放至凝膠化；(5)將凝膠分散于蒸餾水中，于140-180°C反應48-60h，得到TiO2無定形粉體；(6)TiO2無定形粉體在450-550°C煅燒2- 得到TW2光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于醇溶液選自甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、正己醇、環(huán)己醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于醇溶液選自異丙醇、乙醇、正己醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于醇溶液選自異丙醇、乙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于醇溶液為異丙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意之一所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于 醇溶液的添加量為4-6ml。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于醇溶液的添加量為5 ml。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將2.6ml異丙醇與8. 44g鈦酸四丁酯以及5. Oml異丙醇混合均勻得溶液A ；(2)將5.Oml異丙醇、2. 8ml去離子水和5. 6ml冰乙酸混合均勻得溶液B ；(3)將溶液B滴加至A中，攪拌均勻得到溶膠；(4)將溶膠陳放至凝膠化；(5)將凝膠分散于蒸餾水中，于160°C反應60h，得到T^2無定形粉體；(6)TiO2無定形粉體在500°C煅燒4h得到TW2光催化劑。步驟(1)所述的 步驟(1)所述的 步驟(1)所述的 步驟(1)所述的
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化鈦光催化劑的制備方法,其將異丙醇與鈦酸四丁酯以及醇溶液混合均勻得溶液A，將異丙醇、去離子水和冰乙酸混合均勻得溶液B，將溶液B滴加至A中，攪拌均勻得到溶膠，將溶膠陳放至凝膠化，將凝膠分散于蒸餾水中，于140-180℃反應得到TiO2無定形粉體；TiO2無定形粉體煅燒得到TiO2光催化劑。本發(fā)明通過額外添加不同類別的醇類溶劑篩選得到了具有優(yōu)異光催化效率的TiO2光催化劑。
文檔編號C01G23/053GK102491414SQ201110387310
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者黨桃桃, 劉旭, 姚敏, 謝鋼, 黃艷 申請人:姚敏