專利名稱：可見(jiàn)光響應(yīng)型二氧化鈦光催化劑的高能球磨制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦光催化劑的制備方法，尤其涉及一種具有較高可見(jiàn)光催化性能的二氧化鈦粉體的高能球磨制備方法，屬于催化劑類新材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1972年TiO2單晶電極光解水被報(bào)道以來(lái)，多相光催化分解水制氫曾一度在世界范圍內(nèi)掀起熱潮，雖然由于氫產(chǎn)率過(guò)于低下而進(jìn)展緩慢，但此方面的探索一直沒(méi)有中斷。在去除各種難降解污染物方面，半導(dǎo)體光催化表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性、污染物礦化完全、可直接利用太陽(yáng)光等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)取得了較大進(jìn)展。此外，多相光催化在衛(wèi)生保健、貴金屬回收、太陽(yáng)能電池、化學(xué)合成等方面的應(yīng)用也已嶄露頭角。在眾多多相光催化的半導(dǎo)體催化劑中，TiO2因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒和能有效去除大氣和水中的污染物而成為解決能源和環(huán)境問(wèn)題的理想材料，并引起了各國(guó)研究者廣泛的興趣。但是TiO2是寬禁帶(Eg＝3.2eV)半導(dǎo)體化合物，僅能被紫外光(λ＜387nm)所激發(fā)，而實(shí)際到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射能量集中于460～500nm可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍，紫外成分(300～400nm)不足5％，因此如何高效地利用自然光進(jìn)行光催化反應(yīng)，開(kāi)發(fā)能夠被可見(jiàn)光激發(fā)的高效光催化劑正日益成為研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。2001年Asahi等[Science 2001，293p269]曾提出的氮摻雜TiO2的概念引起了人們的普遍關(guān)注，目前已有關(guān)于含氮TiO2的制備方法的文獻(xiàn)報(bào)道，如將銳鈦礦TiO2粉(ST01)放在NH3氣氛中氮化熱處理，將無(wú)機(jī)鈦鹽Ti(SO4)2或TiCl3在氨水溶液中形成沉淀等。但目前制備的TiO2催化劑的可見(jiàn)光催化效率還較低，因此有必要尋求其它工藝制備出具有較高可見(jiàn)光活性的TiO2催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可見(jiàn)光響應(yīng)型二氧化鈦光催化劑的高能球磨制備方法，制得的這種催化劑不僅能夠吸收可見(jiàn)光，而且在可見(jiàn)光照射下具有較高的光催化活性。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為以正硅酸乙酯為原料，采用溶膠-凝膠法制備出SiO2溶膠，將TiO2粉浸漬在SiO2溶膠中一段時(shí)間，再經(jīng)煅燒成SiO2/TiO2復(fù)合粉末，將得到的復(fù)合粉體和尿素按比例混合后在高能球磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械球磨，并將球磨得到的混合粉體在400～500℃的大氣中進(jìn)行熱處理，最終得到淡黃色的二氧化鈦粉體催化劑。
本發(fā)明采用高能球磨工藝，通過(guò)物料與磨料間的相互研磨與沖擊，使顆粒逐步細(xì)化，并達(dá)到不同組元原子互相滲入和擴(kuò)散，且球磨工藝本身使TiO2的顆粒尺寸更細(xì)??；加入的SiO2能夠有效抑制TiO2在高能球磨過(guò)程中可能發(fā)生的銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，從而保證了所制備出的催化劑有較高的光催化活性。本發(fā)明制備的TiO2催化劑，能夠吸收可見(jiàn)光，比表面積增大，在可見(jiàn)光下具有較高的光催化活性。
本發(fā)明制備具有可見(jiàn)光催化活性的二氧化鈦催化劑的具體工藝為1)取體積比為1∶10～20的正硅酸乙酯和乙醇溶液混合并攪拌均勻，配制成正硅酸乙酯乙醇混合液。
2)在上述正硅酸乙酯乙醇混合液中加入水解催化劑溶液，催化劑溶液由鹽酸、水和乙醇組成，鹽酸、水和乙醇與正硅酸乙酯的體積比分別為0.5～1∶1～2∶5～8∶1，并強(qiáng)烈攪拌5～10小時(shí)，得到SiO2溶膠。
3)稱取一定量的TiO2粉體浸漬在上述SiO2溶膠中，使SiO2與TiO2的摩爾比為0.05～0.15∶1，攪拌后靜置1～2天。
4)將上述經(jīng)SiO2溶膠充分浸漬的TiO2粉體在500～600℃下進(jìn)行熱處理2～4小時(shí)，得到SiO2/TiO2復(fù)合粉體。
5)稱取一定量的尿素，按10～20％的質(zhì)量百分比與上述SiO2/TiO2復(fù)合粉體混合，在高能球磨機(jī)上機(jī)械球磨5～10小時(shí)，取磨球和物料的重量比為10～20∶1，球磨罐轉(zhuǎn)速為520～650轉(zhuǎn)/分鐘。
6)將上述球磨得到的混合粉體在400～500℃下煅燒1～2小時(shí)，得到淡黃色的TiO2粉體催化劑。
本發(fā)明采用的TiO2粉體為商用TiO2催化劑ST01、P25或用溶膠-凝膠法制得的TiO2粉體。
本發(fā)明采用浸漬和高能球磨工藝制備的TiO2光催化劑，不僅實(shí)現(xiàn)了N摻入，在TiO2禁帶中形成了新能級(jí)，能夠吸收可見(jiàn)光，而且通過(guò)向TiO2中加入一定量的SiO2，能夠有效抑制TiO2在高能球磨過(guò)程中可能發(fā)生的相變，保持了原料TiO2中的銳鈦礦晶型，同時(shí)球磨工藝本身使TiO2的顆粒尺寸更細(xì)小，比表面積增大，這些都有利于TiO2在可見(jiàn)光下具有較高的光催化活性。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例11)將4ml正硅酸乙酯和40ml乙醇溶液攪拌混合15分鐘，配制成正硅酸乙酯乙醇混合液。
2)將2ml鹽酸、6ml水和20ml乙醇配制為水解催化劑溶液，加入上述正硅酸乙酯乙醇混合液中，強(qiáng)烈攪拌5小時(shí)，得到SiO2溶膠。
3)稱取28.5g TiO2粉體浸漬在上述SiO2溶膠中，得到SiO2與TiO2的摩爾比為0.05∶1的浸漬混合物，攪拌后靜置1天。
4)將上述充分浸漬的混合物在500℃下熱處理2小時(shí)，得到SiO2/TiO2復(fù)合粉體。
5)稱取4g上述SiO2/TiO2復(fù)合粉和0.6g尿素混合，在GN-2型高能球磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械球磨5小時(shí)，磨球和物料的重量比為10∶1，球磨罐轉(zhuǎn)速為580轉(zhuǎn)/分鐘。
6)將上述研磨得到的混合粉體在400℃下煅燒1小時(shí)，得到淡黃色的TiO2粉體催化劑。
實(shí)施例21)將4ml正硅酸乙酯和80ml乙醇溶液攪拌混合15分鐘，配制成正硅酸乙酯乙醇混合液。
2)將4ml鹽酸、10ml水和30ml乙醇配制為水解催化劑溶液，加入上述正硅酸乙酯乙醇混合液中，強(qiáng)烈攪拌10小時(shí)，得到SiO2溶膠。
3)稱取85.5g TiO2粉體浸漬在上述SiO2溶膠中，得到SiO2與TiO2的摩爾比為0.15∶1的浸漬混合物，攪拌后靜置2天。
4)將上述經(jīng)浸漬混合物在600℃下熱處理4小時(shí)，得到SiO2/TiO2復(fù)合粉體。
5)稱取4g上述SiO2/TiO2復(fù)合粉和0.8g尿素混合，在GN-2型高能球磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械球磨8小時(shí)，磨球和物料的重量比為20∶1，球磨罐轉(zhuǎn)速為650轉(zhuǎn)/分鐘。
6)將上述研磨得到的混合粉體在500℃下煅燒2小時(shí)，得到淡黃色的TiO2粉體催化劑。
實(shí)施例31)將4ml正硅酸乙酯和60ml乙醇溶液攪拌混合15分鐘，配制成正硅酸乙酯乙醇混合液。
2)將3ml鹽酸、8ml水和25ml乙醇配制為水解催化劑溶液，加入上述正硅酸乙酯乙醇混合液中，強(qiáng)烈攪拌8小時(shí)，得到SiO2溶膠。
3)稱取57g TiO2粉體浸漬在上述SiO2溶膠中，得到SiO2與TiO2的摩爾比為0.10∶1的浸漬混合物，攪拌后靜置1天。
4)將上述經(jīng)浸漬混合物在500℃下熱處理3小時(shí)，得到SiO2/TiO2復(fù)合粉體。
5)稱取4g上述SiO2/TiO2復(fù)合粉和0.6g尿素混合，在GN-2型高能球磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械球磨10小時(shí)，磨球和物料的重量比為15∶1，球磨罐轉(zhuǎn)速為520轉(zhuǎn)/分鐘。
6)將上述研磨得到的混合粉體在450℃下煅燒1小時(shí)，得到淡黃色的TiO2粉體催化劑。
權(quán)利要求
1.一種可見(jiàn)光響應(yīng)型二氧化鈦光催化劑的高能球磨制備方法，其特征在于包括如下步驟1)取體積比為1∶10～20的正硅酸乙酯和乙醇溶液混合并攪拌均勻，配制成正硅酸乙酯乙醇混合液；2)在上述正硅酸乙酯乙醇混合液中加入水解催化劑溶液，催化劑溶液由鹽酸、水和乙醇組成，鹽酸、水和乙醇與正硅酸乙酯的體積比分別為0.5～1∶1～2∶5～8∶1，并強(qiáng)烈攪拌5～10小時(shí)，得到SiO2溶膠；3)稱取TiO2粉體浸漬在上述SiO2溶膠中，使SiO2與TiO2的摩爾比為0.05～0.15∶1，攪拌后靜置1～2天；4)將上述經(jīng)SiO2溶膠充分浸漬的TiO2粉體在500～600℃下進(jìn)行熱處理2～4小時(shí)，得到SiO2/TiO2復(fù)合粉體；5)稱取尿素，按10～20％的質(zhì)量百分比與上述SiO2/TiO2復(fù)合粉體混合，在高能球磨機(jī)上機(jī)械球磨5～10小時(shí)，取磨球和物料的重量比為10～20∶1，球磨罐轉(zhuǎn)速為520～650轉(zhuǎn)/分鐘；6)將上述球磨得到的混合粉體在400～500℃下煅燒1～2小時(shí)，得到淡黃色的TiO2粉體催化劑。
全文摘要
一種可見(jiàn)光響應(yīng)型二氧化鈦光催化劑的高能球磨制備方法，以正硅酸乙酯為原料，采用溶膠－凝膠法制備出SiO
文檔編號(hào)B01J37/00GK1613553SQ200410066800
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者顧明元, 程萍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)