專利名稱：一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于催化降解水中有機物能利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑。
背景技術(shù)：
光催化氧化技術(shù)是一項新興的環(huán)境污染治理技術(shù)，自1972年Fujishima等發(fā)現(xiàn)水在TW2單晶電極上的光致分解反應后，半導體金屬氧化物TW2因其具有優(yōu)異的光電特性、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒和能有效去水中的污染物而成為解決能源和環(huán)境問題的理想材料，并引起了各國研究者極大的興趣。但是，TiO2光催化技術(shù)最大的缺點是TiO2的禁帶寬度是3. 2 eV，只有在紫外光條件下才能激發(fā)。這使得光催化劑TiO2難以大規(guī)模推廣使用；能夠?qū)崿F(xiàn)利用可見光作為激發(fā)光源對T^2的實用化具有重大意義。采用非金屬N 替換TW2中少量的晶格氧能使其不僅具有可見光活性而且還不損失其紫外光活性以來，C、 N、S等非金屬摻雜型TW2光催化劑迅速引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注和研究，并被譽為第二代光催化材料。非金屬元素摻雜改性TW2可見光催化研究主要包括單一元素摻雜、多元素共摻雜以及非金屬和金屬元素的共摻雜等。以上對TiO2光催化性能的摻雜改性研究均屬于晶態(tài)光催化領(lǐng)域，即對TiA的改性研究均保持了 TiA原有的晶體結(jié)構(gòu)，且對可見光的利用率低，特別是在太陽光輻射條件下對水中生物染料的降解效率更低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑及制備方法，利用羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料復合成一種非晶態(tài)納米化合物，其對水中生物染料的降解效率高，可多次重復利用，并且與本發(fā)明最相近的實現(xiàn)方案研究還未見報道。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑，該催化劑是一種B、C、N、Ti以及0五種元素組成的納米非晶態(tài)光催化劑。一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，將類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料與羥基鈦按質(zhì)量比例為0. 005-1. 0置于馬弗爐中400-1000°C溫度下退火1_5小時，即可得到本發(fā)明的一種可利用太陽光的納米非晶光催化劑。本發(fā)明所述的類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料的制備方法為將一種胺的化合物和硼的化合物按質(zhì)量比為1-20的比例充分研磨后，在馬弗爐中200-800°C溫度下退火1-6小時，之后再在氮氣保護下在600-1200°C溫度下退火5-30分鐘，即可制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。本發(fā)明所述胺的化合物為三聚氰胺、氨基腈或碳酰胺。本發(fā)明所述硼的化合物為硼酸、三氮化硼或硼酸銨。本發(fā)明所述羥基鈦的制備方法為=TiCl4和雙氧水通過共沉淀法制備羥基鈦，共沉淀法取配制好的0. 1-0. 5M的TiCl4溶液于三頸燒瓶中，用冰水浴降至10°C以下，再滴加濃度為30%的雙氧水，之后再滴加25%的濃氨水，至pH為10止，于常溫條件下水解獲得淡黃色的納米羥基鈦。本發(fā)明所述羥基鈦的制備方法為用工業(yè)TiA粉體為原料，利用溶膠凝膠法制備納米級羥基鈦。溶膠-凝膠法把工業(yè)TiO2粉體加入無機酸溶液中，在0 10(TC下攪拌 10 60小時，無機酸選自HC1、HN03、[H+]/[Ti]，摩爾比0. 01 1. 6 ；靜置陳化5 40小時，得到透明羥基鈦溶膠，再在50-80下干燥，即可得到羥基鈦粉體。該方法工藝簡單，成本低廉，易于實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模。本發(fā)明所述類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料與納米羥基鈦的質(zhì)量比例優(yōu)選為 0. 01-0. 1。本發(fā)明所述胺的化合物和硼的化合物質(zhì)量比優(yōu)選為2-10。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有制備工藝簡單、反應條件溫和，降解效率高、選擇性好等優(yōu)點，與同種方法合成的TiO2相比，該催化劑在模擬太陽光下對酸性橙7的溶液光催化降解效率大大提高了。


附圖1是本發(fā)明實施例1與TiO2對濃度為250 mg/L酸性橙7的降解效果對比圖。附圖2是本發(fā)明實施例1中所合成的類石墨結(jié)構(gòu)的BCN、銳鈦礦型的TiO2、納米非晶態(tài)光催化劑的XRD譜圖。附圖3是本發(fā)明實施例2制得的催化劑與TW2在模擬太陽光下用于亞甲基藍的降解對比圖。
具體實施例方式實施例1:
將三聚氰胺和硼酸按質(zhì)量比為6:1的比例充分研磨，之后再在馬弗爐中300°C溫度下退化3小時，再在900°C的氮氣保護條件下退火15分鐘，制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。取配制好的0. IM的TiCl4溶液200ml于三頸燒瓶中，用冰水浴降至10°C以下，再滴加濃度為 30%的雙氧水30ml，之后再滴加25%的濃氨水，至pH為10止，于常溫條件下水解獲得淡黃色的納米羥基鈦，將合成的部分羥基鈦于400°C下退火2小時后得到銳鈦礦型的TiO2，其XRD 譜圖見附圖2。將制備的納米羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料按質(zhì)量比10:1充分混合、研磨后，于400°C下退火2小時，即可得到一種新型的可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑。 將該催化劑在模擬太陽光下用于降解酸性橙7，降解率80分鐘可達90%以上，效果見附圖 1，附圖2是本發(fā)明實施例1中所合成的類石墨結(jié)構(gòu)的BCN、銳鈦礦型的TiO2、納米非晶態(tài)光催化劑的XRD譜圖。實施例2:
將氨基腈和硼酸按質(zhì)量比為6:1的比例充分研磨，之后再在馬弗爐中300°C溫度下退化3小時，再在700°C的氮氣保護條件下退火20分鐘，制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。把5克 TiO2粉體加入100毫升4M的鹽酸中，在60°C下攪拌15小時，靜置陳化10小時，得到透明羥基鈦溶膠。在80°C下干燥，即可得到納米羥基鈦粉體。將制備的納米羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料按質(zhì)量比10:0. 3充分混合、研磨后，于400°C下退火3小時，即可得到一種新型的可利用太陽光的納米非晶光催化劑。將該催化劑在模擬太陽光下用于亞甲基藍，降解率30分鐘可達90%以上，效果見附圖3。實施例3:
將三聚氰胺和三氮化硼按質(zhì)量比為3:1的比例充分研磨，之后再在馬弗爐中300°C溫度下退化3小時，再在1000°C的氮氣保護條件下退火10分鐘，制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。 取配制好的0. IM的TiCl4溶液200ml于三頸燒瓶中，用冰水浴降至10°C以下，再滴加濃度為30%的雙氧水30ml，之后再滴加25%的濃氨水，至pH為10止，于常溫條件下水解獲得淡黃色的納米羥基鈦。將制備的納米羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料按質(zhì)量比10:0. 5充分混合、研磨后，于400°C下退火2小時，即可得到一種新型的可利用太陽光的納米非晶光催化劑。將該催化劑在模擬太陽光下用于亞甲基藍，降解率70分鐘可達95%以上。實施例4
將碳酰胺和硼酸按質(zhì)量比為4:1的比例充分研磨，之后再在馬弗爐中300°C溫度下退化5小時，再在800°C的氮氣保護條件下退火15分鐘，制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。把5克 TiO2粉體加入100毫升4M的硝酸中，在40°C下攪拌10小時，靜置陳化15小時，得到透明羥基鈦溶膠。在70°C下干燥，即可得到納米羥基鈦粉體。將制備的納米羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料按質(zhì)量比10:0. 2充分混合、研磨后，于500°C下退火2小時，即可得到一種新型的可利用太陽光的納米非晶光催化劑。將該催化劑在模擬太陽光下用于亞甲基藍，降解率50分鐘可達95%以上。實施例5:
將三聚氰胺和硼酸銨按質(zhì)量比為1:1的比例充分研磨，之后再在馬弗爐中300°c溫度下退化3小時，再在900°C的氮氣保護條件下退火15分鐘，制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。 取配制好的0. IM的TiCl4溶液200ml于三頸燒瓶中，用冰水浴降至10°C以下，再滴加濃度為30%的雙氧水30ml，之后再滴加25%的濃氨水，至pH為10止，于常溫條件下水解獲得淡黃色的納米羥基鈦。將制備的納米羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料按質(zhì)量比10:0. 1充分混合、研磨后，于400°C下退火2小時，即可得到一種新型的可利用太陽光的納米非晶光催化劑。將該催化劑在模擬太陽光下用于降解酸性橙7，降解率60分鐘可達92%以上。實施例6
將三聚氰胺和三氮化硼按質(zhì)量比為2:1的比例充分研磨，之后再在馬弗爐中300°C溫度下退化5小時，再在800°C的氮氣保護條件下退火15分鐘，制得類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料。 取配制好的0. IM的TiCl4溶液200ml于三頸燒瓶中，用冰水浴降至10°C以下，再滴加濃度為30%的雙氧水30ml，之后再滴加25%的濃氨水，至pH為10止，于常溫條件下水解獲得淡黃色的納米羥基鈦。將制備的納米羥基鈦和類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料按質(zhì)量比10:0. 2充分混合、研磨后，于500°C下退火2小時，即可得到一種新型的可利用太陽光的納米非晶光催化劑。將該催化劑在模擬太陽光下用于亞甲基藍，降解率50分鐘可達95%以上。
權(quán)利要求
1.一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑，其特征在于該催化劑是一種同時B、C、 N、Ti以及0五種元素組成的納米非晶態(tài)光催化劑。
2.—種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，其特征在于將類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料與羥基鈦按質(zhì)量比例為0. 005-1. 0置于馬弗爐中400-1000°C溫度下退火1_5 小時，即可得到本發(fā)明的一種可利用太陽光的納米非晶光催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，其特征在于所述的類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料的制備方法為將一種胺的化合物和硼的化合物按質(zhì)量比為1-20的比例充分研磨后，在馬弗爐中200-800°C溫度下退火1-6小時，之后再在氮氣保護下在600-1200°C溫度下退火5-30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，其特征在于所述胺的化合物為三聚氰胺、氨基腈或碳酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，其特征在于所述硼的化合物為硼酸、三氮化硼或硼酸銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，其特征在于所述類石墨結(jié)構(gòu)的BCN材料與納米羥基鈦的質(zhì)量比例優(yōu)選為0. 01-0. 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑的制備方法，其特征在于所述胺的化合物和硼的化合物質(zhì)量比優(yōu)選為2-10。
全文摘要
本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于催化降解水中有機物能利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種可利用太陽光的納米非晶態(tài)光催化劑，該催化劑是一種同時含有B、C、N、Ti以及O五種元素組成的納米非晶態(tài)光催化劑。本發(fā)明具有制備工藝簡單、反應條件溫和，降解效率高、選擇性好等優(yōu)點，與同種方法合成的銳鈦礦相得TiO2相比，該催化劑在模擬太陽光下對偶氮類染料的溶液光催化降解效率大大提高了。
文檔編號C02F1/30GK102161006SQ201110057319
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者國偉林, 張永芳, 張玲, 李曦峰, 李玲 申請人:濟南大學