專利名稱：：具有可見光響應(yīng)的碳氮摻雜二氧化鈦光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光催化劑，特別是涉及一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑。本發(fā)明還涉及上述催化劑的制備方法。本發(fā)明還涉及上述催化劑的用途。
背景技術(shù)：
：近年來，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，半導(dǎo)體多相光催化技術(shù)由于其在水污染和空氣污染治理方面的巨大潛力而逐漸成為被廣泛研究的一項技術(shù)。半導(dǎo)體光催化劑大多屬于寬禁帶n型半導(dǎo)體化合物，如二氧化鈦，二氧化錫，三氧化鉤，氧化鋅，硫化鎘，硒化鎘等，而二氧化鈦具有無毒、穩(wěn)定、價廉、能完全礦化多種有機物等特點，所以是研究和應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑。但是，二氧化鈦在實際應(yīng)用過程中還受到諸多因素的限制，主要有(1)銳鈦礦型二氧化鈦的禁帶寬度為3.2eV，只能在波長小于387.5nm的紫外光的激發(fā)下才能顯示出不俗的光催化活性，而紫外光僅占太陽能射線的5%左右，大大限制了二氧化鈦對太陽光或人工光源中可見光的利用率；(2)納米二氧化鈦粉體在處理液相污染物的過程中，存在吸附能力弱、易團(tuán)聚失活、易流失而難回收、易沉淀而難以得到光照等不足，因此對污染物的光催化降解效果甚弱，尤其當(dāng)污染物的濃度較低時，二氧化鈦的光催化活性就更加顯得微不足道。因此，對二氧化鈦進(jìn)行改性，拓寬其光譜響應(yīng)范圍和提高在太陽光或可見光下的光催化量子效率，以及消除二氧化鈦粉體處理液相污染物所面臨的不足，是國內(nèi)外在環(huán)境治理領(lǐng)域最具有挑戰(zhàn)性的一項研究課題，也是實現(xiàn)二氧化鈦光催化技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用所必需解決的一個關(guān)鍵要素。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的意義在于提供一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑，這種碳氮慘雜二氧化鈦光催化劑，既能有效的被可見光激發(fā)，又能保持良好的穩(wěn)定性和較高的催化活性，同時制備工藝簡單、成本低廉。本發(fā)明提供的光催化劑是由碳氮摻雜的半導(dǎo)體氧化物顆粒組成，其特征在于該催化劑是碳氮摻雜的二氧化鈦組成。二氧化鈦粒子直徑在5個納米到10微米之間。本發(fā)明的具有可見光響應(yīng)的碳氮摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法如下二氧化鈦溶膠的制備將一定量的鈦酸四丁酯溶于80毫升無水乙醇中，然后快速加入一定量的濃鹽酸，劇烈攪拌2小時后，逐滴加入5毫升去離子水，滴加完畢后，停止攪拌，形成黃色透明溶膠，該溶膠在室溫下老化24小時后得到二氧化鈦溶膠。原位聚合法制備苯胺/二氧化鈦前體將一定量的二氧化鈦溶膠置于O'C的冰水浴中，在攪拌下加入一定量的苯胺，保持苯胺與二氧化鈦的摩爾比為0.001-2:1，然后將過硫酸銨的鹽酸溶液逐滴加入到苯胺和—氧化鈦的溶膠中，保持苯胺與過硫酸銨的摩爾比為1:1,再用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值為4，然后繼續(xù)攪拌3小時。將產(chǎn)生的沉淀抽濾，依次用鹽酸和蒸餾水洗滌，然后80"C真空干燥6小時得到苯胺/二氧化鈦前體。碳氮摻雜的二氧化鈦的制備將苯胺/二氧化鈦前體在空氣中35070(TC焙燒l~6h得到最終催化劑。本發(fā)明的具有可見光響應(yīng)的光催化劑可用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有機污染物和重金屬離子的光催化處理。以下具體說明本發(fā)明的效果。在可見光輻射下降解亞甲基藍(lán)的光催化活性測試具體方法和條件如下催化劑的光催化氧化活性是在自制的光催化反應(yīng)器中進(jìn)行。采用300W氙燈(人>420nm)為輻射光源，反應(yīng)液為250毫升10毫克/升的亞甲基藍(lán)水溶液，催化劑加入量為1.0克。在劇烈的攪拌下每隔30分鐘抽取少量反應(yīng)液，在665nm處測定溶液吸光度。再根據(jù)亞甲基藍(lán)的濃度吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線確定溶液濃度。具體實施方案實施方案1將0.06摩爾的鈦酸四丁酯溶于80毫升蒸餾水中，然后快速加入2毫升濃鹽酸，劇烈攪拌2小時后，緩慢滴加7毫升去離子水，滴加完畢后停止攪拌，將所得溶液在室溫下老化24小時后得到淡黃色二氧化鈦溶膠。將老化后的二氧化鈦溶膠全部轉(zhuǎn)移到500毫升底燒瓶中，并置于冰水浴中，將0.06摩爾苯胺緩慢滴入到二氧化鈦溶膠中，繼續(xù)攪拌10分鐘后加入含有0.06摩爾過硫酸銨的鹽酸溶液20毫升，用1摩爾/升的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH值為4，繼續(xù)攪拌3小時后，將產(chǎn)生的沉淀抽濾，依次用稀鹽酸蒸餾水和蒸餾水洗滌，然后80'C真空干燥6小時得到前體。最后將前體在500'C焙燒3小時，冷卻后得到光催化劑。實施方案2將實施方案1中的前體在35(TC焙燒3小時，冷卻后得到光催化劑。實施方案3將實施方案1中的前體在400'C焙燒3小時，冷卻后得到光催化劑。實施方案4將實施方案1中的前體在450'C焙燒3小時，冷卻后得到光催化劑。實施方案5將實施方案1中的前體在600'C焙燒3小時，冷卻后得到光催化劑。實施方案6將實施方案1中的前體在700'C焙燒3小時，冷卻后得到光催化劑。實施方案7將實施方案l中苯胺變?yōu)?.03摩爾，過硫酸銨變?yōu)?.03摩爾，其它條件不變。實施方案8將實施方案l中苯胺變?yōu)?.015摩爾，過硫酸鉸變?yōu)?.015摩爾，其它條件不變。實施方案9將實施方案l中苯胺變?yōu)?.0625摩爾，過硫酸銨變?yōu)?.0625摩爾，其它條件不變。本發(fā)明所制得的光催化劑可負(fù)載于載體上，本發(fā)明不限于以上實施方案。對實施方案中所得光催化劑進(jìn)行了可見光照射下的光催化反應(yīng)測試，具體結(jié)果如表1。表1碳氮摻雜二氧化鈦光催化劑的催化性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>權(quán)利要求1.一種可見光響應(yīng)的碳氮摻雜二氧化鈦光催化劑，成份包括二氧化鈦，其特征在于該光催化劑的成份是碳氮摻雜的二氧化鈦；二氧化鈦直徑在5個納米到10微米之間；2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種光催化劑，其特征在于光反應(yīng)在可見光、紫外光和太陽光下進(jìn)行；3.—種制備權(quán)利要求1所述光催化劑的方法，采用空氣中高溫焙燒法和機械混合法生產(chǎn)工藝，其特征在于該方法中的燒結(jié)溫度為30070(TC，保溫時間為16小時；4.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的光催化劑用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有機污染物和重金屬離子的光催化處理。全文摘要本發(fā)明涉及一種具有可見光響應(yīng)的碳氮摻雜二氧化鈦光催化劑及其制備方法，屬于無機納米光催化材料領(lǐng)域。該催化劑是以鈦酸四丁酯為原料，以鹽酸為催化劑，在醇和水中發(fā)生水解反應(yīng)得到二氧化鈦溶膠，再采用原位聚合的方法得到苯胺/二氧化鈦前體，將前體粉末在350～700℃焙燒得到碳氮摻雜二氧化鈦光催化劑。本發(fā)明制備的光催化劑在較寬的波長范圍內(nèi)具有光催化活性，能夠在紫外光、可見光或自然光輻射下光分解凈化處理有毒有害化學(xué)物質(zhì)。文檔編號C02F1/30GK101543772SQ20091006869公開日2009年9月30日申請日期2009年4月30日優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日發(fā)明者宋立民申請人:天津工業(yè)大學(xué)