專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化材料。
背景技術(shù)：
染料廢水是目前最難降解的工業(yè)廢水之一，由于其成分復(fù)雜，傳統(tǒng)上所采用的絮凝、吸附及生物氧化等方法往往不能達(dá)到滿(mǎn)意的效果。光催化在環(huán)境治理和開(kāi)發(fā)綠色能源方面發(fā)揮了重要作用，光催化研究的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)高效的光催化劑，目前廣泛使用的光催化劑是Ti02。當(dāng)前TiO2作為光催化劑存在兩個(gè)主要的缺點(diǎn)一是只能吸收380nm以下的紫外光，從而不能夠充分的利用太陽(yáng)光；二是由于光生電子-空穴對(duì)容易在TiO2體內(nèi)或表面復(fù)合，因此量子效率較低。對(duì)于其他光催化劑來(lái)說(shuō)，除了量子效率，不少半導(dǎo)體還存在光化學(xué)穩(wěn)定性不佳等問(wèn)題。因此，如何擴(kuò)展已有光催化劑對(duì)太陽(yáng)光的吸收范圍、提高光催化量子效 率等問(wèn)題，已經(jīng)成為當(dāng)前光催化領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。鈣鈦礦型復(fù)合氧化物(ABO3)作為光催化劑已被廣泛研究，該類(lèi)材料在熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有一定的優(yōu)越性，其能帶間隙通常小于3. OeV，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的光催化活性。但是由于它的量子產(chǎn)率較低(約4 %)、難負(fù)載等技術(shù)難題，阻礙了其在工業(yè)上廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、能使鈣鈦礦納米粒子在碳納米管上均勻分布，并具有良好的光催化性能的納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑及制備方法。本發(fā)明的納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑是一種粒徑為25 35nm的鈣鈦礦顆粒較均勻的包覆在直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管上的復(fù)合材料。上述復(fù)合光催化劑的制備方法如下
I.碳納米管的預(yù)處理
按每mL的混合酸中加入多壁碳納米管0. 81 0. 97mg的比例關(guān)系，將直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管放入混合酸中，在室溫的條件下超聲lOmin，再將混合液體在80°C攪拌50min，將上述反應(yīng)后的混合液體過(guò)濾，用離子水進(jìn)行洗滌至pH為7，然后干燥；上述混合酸是體積比為3:1的硫酸與硝酸的混合液。2.碳納米管/鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的制備
按IOOml無(wú)水乙醇加入48. 4 96. 8mg碳納米管材料的比例關(guān)系，將上述經(jīng)過(guò)處理的碳納米管材料加入到無(wú)水乙醇中，經(jīng)超聲分散60min后稀釋成碳納米管懸浮液，再依次將烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)、甲組硝酸鹽、乙組硝酸鹽和檸檬酸加入到上述碳納米管懸浮液中，其中，甲組硝酸鹽與乙組硝酸鹽的摩爾比為1:1，甲組硝酸鹽包括硝酸鑭、硝酸鍶，乙組硝酸鹽包括硝酸錳、硝酸鐵和硝酸鎳；上述硝酸鹽與碳納米管的質(zhì)量比為20. 76 34. 6 :I 2 ;檸檬酸與硝酸鹽的質(zhì)量比為2:1 ;烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)與硝酸鹽的質(zhì)量比為3:20 ;待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為8 9，得到所需的碳納米管/鈣鈦礦前驅(qū)體溶液。
3、納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑的制備
將上述前驅(qū)體溶液在水浴下50°C 70°C陳化至水分完全蒸發(fā)后，在80°C干燥箱中烘干至干凝膠裝入坩堝，先在空氣中350°C煅燒3h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫。然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以l°C/min的升溫速度升到550 650° C煅燒2 5h，隨爐冷卻至室溫，即得到納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑。碳納米管具有良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性、高化學(xué)穩(wěn)定性、大表面積以及獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)，與半導(dǎo)體光催化劑結(jié)合能夠增強(qiáng)催化劑的吸附能力、提高光催化效率、擴(kuò)展光響應(yīng)范圍，而且有利于回收催化劑，極大地提高了半導(dǎo)體光催化劑的綜合性能。本發(fā)明于現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、工藝簡(jiǎn)單，成本低。2、本發(fā)明獲得的納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑，鈣鈦礦納米粒子尺寸較·小，在納米管上分布較均勻。3、本發(fā)明獲得的納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑比單獨(dú)鈣鈦礦材料具有更高的化學(xué)活性，對(duì)多種有機(jī)染料進(jìn)行光催化降解，其效率是單純鈣鈦礦材料的2 3倍。


圖I本發(fā)明實(shí)施例I獲得的納米錳酸鑭/碳納米管復(fù)合材料的透射電鏡 圖2本發(fā)明實(shí)施例2獲得的納米鐵酸鑭/碳納米管復(fù)合材料的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
將直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管65mg放入80ml的混合酸中，在室溫的條件下超聲IOmin,再將混合的液體在80°C攪拌50min,將上述反應(yīng)后的混合液體過(guò)濾,用離子水進(jìn)行洗滌至PH為7，然后干燥。上述混合酸為60ml硫酸和20ml硝酸的混合液。取上述碳納米管48. 4mg,加入IOOml無(wú)水乙醇中，超聲60min,稀釋成碳納米管懸浮液，再依次加入烷基酚聚氧乙烯醚(OP-IO)O. 205g，硝酸鑭0. 866g，硝酸錳0. 5g和檸檬酸
2.732g，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為8，得到所需的錳酸鑭/碳納米管前驅(qū)體溶液。將該前驅(qū)體溶液在水浴下50°C陳化至水分蒸發(fā)完全后，在80°C干燥箱中烘干至干凝膠裝入坩堝，先在空氣中350° C煅燒3h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以l°C/min的升溫速度升到650°C煅燒2h，隨爐冷卻至室溫，即得到納米錳酸鑭/碳納米管復(fù)合材料。如圖I所示，制備出的鈣鈦礦顆粒大小約為25 35nm，粒子均勻的包覆在直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管上。實(shí)施例2
將直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管90mg放入IOOml的混合酸中，在室溫的條件下超聲lOmin，再將混合的液體在80°C攪拌50min，將上述反應(yīng)后的混合液體過(guò)濾，用離子水進(jìn)行洗滌至PH為7，然后干燥。上述混合酸為75ml硫酸和25ml硝酸的混合液。取上述碳納米管72. 6mg,加入IOOml無(wú)水乙醇中，超聲60min,稀釋成碳納米管懸浮液，再依次加入烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0. 251g，硝酸鑭0. 866g，硝酸鐵0. 808g和檸檬酸3. 348g，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為8. 5，得到所需的鐵酸鑭/碳納米管前驅(qū)體溶液。將該前驅(qū)體溶液在水浴下60° C陳化至水分蒸發(fā)完全后，在80° C干燥箱中烘干至干凝膠裝入坩堝，先在空氣中350° C煅燒3h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以l°C/min的升溫速度升到600°C煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，即得到納米鐵酸鑭/碳納米管復(fù)合材料。如圖2所示，制備出的鈣鈦礦顆粒大小約為25 35nm，粒子均勻的包覆在直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管上。實(shí)施例3
將直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管115mg放入120ml的混合酸中，在室溫的條件下超聲lOmin，再將混合的液體在80°C攪拌50min，將上述反應(yīng)后的混合液體過(guò)濾，用離子 水進(jìn)行洗滌至PH為7，然后干燥。上述混合酸為90ml硫酸和30ml硝酸的混合液。取上述碳納米管96. 8mg,加入IOOml無(wú)水乙醇中，超聲60min,稀釋成碳納米管懸浮液，再依次加入烷基酚聚氧乙烯醚(OP-IO)O. 151g，硝酸鍶0. 423g，硝酸鎳0. 582g和檸檬酸2. Olg，待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為9，得到所需的鎳酸鍶/碳納米管前驅(qū)體溶液。將該前驅(qū)體溶液在水浴下70°C陳化至水分蒸發(fā)完全后，在80°C干燥箱中烘干至干凝膠裝入坩堝，先在空氣中350°C煅燒3h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以l°C/min的升溫速度升到550°C煅燒5h，隨爐冷卻至室溫，即得到納米鎳酸鍶/碳納米管復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑，其特征在于其是粒徑為25 35nm的鈣鈦礦顆粒較均勻的包覆在直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管上的復(fù)合材料。
2.上述權(quán)利要求I所述的一種納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于 (1)按每mL的混合酸中加入多壁碳納米管0.81 0. 97mg的比例關(guān)系，將直徑為60nm左右的商用多壁碳納米管放入混合酸中，在室溫的條件下超聲lOmin，再將混合的液體在80°C攪拌50min，將上述反應(yīng)后的混合液體過(guò)濾，用離子水進(jìn)行洗滌至pH為7，然后干燥，上述混合酸是體積比為3:1的硫酸與硝酸的混合液； (2)按IOOml無(wú)水乙醇加入48.4 96. 8mg碳納米管材料的比例關(guān)系,將上述經(jīng)過(guò)處理的碳納米管材料加入到無(wú)水乙醇中，經(jīng)超聲分散60min后稀釋成碳納米管懸浮液，再依次將烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、甲組硝酸鹽、乙組硝酸鹽和檸檬酸加入到上述碳納米管懸浮液中，其中，甲組硝酸鹽與乙組硝酸鹽的摩爾比為1:1，甲組硝酸鹽包括硝酸鑭、硝酸鍶，乙組硝酸鹽包括硝酸錳、硝酸鐵和硝酸鎳，上述硝酸鹽與碳納米管的質(zhì)量比為20. 76 34. 6 :I 2 ;檸檬酸與硝酸鹽的質(zhì)量比為2:1 ;烷基酚聚氧乙烯醚(OP-IO)與硝酸鹽的質(zhì)量比為3:20 ;待檸檬酸完全溶解后，向溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)其pH值為8 9，得到所需的碳納米管/鈣鈦礦前驅(qū)體溶液； (3 )將上述前驅(qū)體溶液在水浴下50° C 70° C陳化至水分完全蒸發(fā)后，在80° C干燥箱中烘干至干凝膠裝入坩堝，先在空氣中350° C煅燒3h，使檸檬酸鹽充分分解，并隨爐冷卻至室溫，然后將煅燒后的粉體放入真空爐中，以l°C/min的升溫速度升到550 650°C煅燒2 5h，隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
一種納米鈣鈦礦/碳納米管復(fù)合光催化劑，其是粒徑為25～35nm的鈣鈦礦顆粒較均勻的包覆在直徑為60nm左右的商用碳納米管上的復(fù)合材料；其制備方法是將碳納米管加入到無(wú)水乙醇中制成碳納米管懸浮液，將烷基酚聚氧乙烯醚、硝酸鹽和檸檬酸加入到碳納米管懸浮液中，在水浴下70oC陳化至水分蒸發(fā)完全，最后經(jīng)干燥、焙燒得到。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低，獲得鈣鈦礦納米粒子尺寸較小，在碳納米管上分布較均勻，比單純的鈣鈦礦材料具有更高的光催化活性。
文檔編號(hào)B01J23/83GK102773092SQ201210236098
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者胡婕, 馬嘉華, 黃浩 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)