本發(fā)明涉及一種光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

水的有機(jī)物污染問題成為當(dāng)今世界重要問題，如何去除水中的有機(jī)物成為研究熱點(diǎn)，目前，去除水中有機(jī)物的方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，其中，物化法包括吸附法，超聲法，和反滲透法等，物理法能耗大，限制了其應(yīng)用。生物法運(yùn)行費(fèi)用低廉，處理規(guī)模大，但其對水質(zhì)條件要求高。特別是不適用于處理高濃度有機(jī)廢水。化學(xué)法主要包括氧化法和還原法。氧化法中的高級氧化法效率高，備受關(guān)注。光催化法是高級氧化法的一種，效率高，成本較低，且能處理高濃度有機(jī)廢水，頗具有發(fā)展前景。半導(dǎo)體光催化劑是光催化氧化技術(shù)的核心材料，二氧化鈦納米材料化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，價(jià)格低廉，無毒，在空氣凈化，水處理，太陽能轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。純二氧化鈦粉末由于只能利用紫外光，以及在二氧化鈦表面光生電子和空穴的快速復(fù)合，大大降低了其光催化效率。因此提高材料在可見光區(qū)域的吸收度及減少電荷載流子的重新組合率，非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對目前光催化材料領(lǐng)域的可見光利用率低與光生電子和空穴的快速復(fù)合的技術(shù)難題，提供了一種對鑭氮共摻雜二氧化鈦納米材料的制備方法。

1、鑭氮共摻雜二氧化鈦新型光催化材料的制備方法，其制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10～12ml of鈦酸四丁酯被溶解在40-50ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液的配制

12～15ml稀硝酸(HNO3∶H2O體積比1∶5～1∶6)和La(NO₃)₃_6H₂O(0.19～0.25g)和CO(NH₂)₂(0.079～0.103g)加到另外一個(gè)10～12ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2～3h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置5～6h后，在333～363K干燥48～56h，

四、在803～853K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4～5h，加熱速度為3～5K min^-1。成功得到鑭氮共摻雜二氧化鈦(La-N-TiO₂)納米光催化劑。

作為對比，La-TiO₂和N-TiO₂用相同程序制備，只是不添加CO(NH₂)₂和La(NO₃)₃ _6H₂O。同時(shí)純TiO₂納米光催化劑也用相同的程序制備，只是不添加摻雜劑。

本發(fā)明應(yīng)用的金屬離子和氮元素共同摻雜到二氧化鈦光催化劑中，可以提高可見光條件下，材料的光催化效率。

在本發(fā)明中制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦材料中，氮元素?fù)诫s二氧化鈦被認(rèn)為在可見光條件下提高光催化效率很有效的方法。同時(shí)，金屬摻雜二氧化鈦光催化材料中，金屬離子可以捕獲光生穴，從而抑制光生電子與空穴復(fù)合，也可以達(dá)到提高催化效率的效果。

本發(fā)明采用的溶膠凝膠法，方便簡單，利于工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1是實(shí)驗(yàn)一制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖；

圖2是實(shí)驗(yàn)一制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的透射電子顯微鏡圖；

圖3是實(shí)驗(yàn)一制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的X射線衍射圖，其中單元素?fù)诫s及未摻雜的二氧化鈦?zhàn)鳛閷Ρ龋?/p>

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式對鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10～12ml of鈦酸四丁酯被溶解在40-50ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液的配制

12～15ml稀硝酸(HNO3∶H2O體積比1∶5～1∶6)和La(NO₃)₃_6H₂O(0.19～0.25g)和CO(NH₂)₂(0.079～0.103g)加到另外一個(gè)10～12ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2～3h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置5～6h后，在333～363K干燥48～56h，

四、在803～853K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4～5h，加熱速度為3～5K min^-1。成功得到鑭氮共摻雜二氧化鈦(La-N-TiO₂)納米光催化劑。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中10ml鈦酸四丁酯被溶解在40乙醇中。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是步驟二中HNO₃∶H₂O體積比1∶5。其它與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是步驟三中干燥溫度為 353K。其它與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是步驟三中干燥時(shí)間為48h。其它與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是步驟四中煅燒溫度為823K。其它與具體實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同的是步驟四中TiO₂在馬弗爐中煅燒時(shí)間為6h。其它與具體實(shí)施方式一至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同的是步驟四中TiO₂在馬弗爐中煅燒，加熱速度為3K min^-1。其它與具體實(shí)施方式一至七之一相同。

采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果：

實(shí)驗(yàn)一：

鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10ml鈦酸四丁酯被溶解在40ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液的配制

12ml稀硝酸(HNO₃∶H₂O體積比1∶5)和La(NO₃)₃_6H₂O(0.19g)和CO(NH₂)₂(0.079g)加到另外一個(gè)10ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置6h后，在353K干燥48h，

四、在823K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4h，加熱速度為3K min^-1。成功得到La-N-TiO₂納米光催化劑。

為檢驗(yàn)光催化材料的效果，本發(fā)明中的光催化效果評價(jià)裝置是100ml光化學(xué)石英反應(yīng)器，苯酚為目標(biāo)污染物，裝有濾波片的150W的球形氙燈為試驗(yàn)提供可見光源，其距離光化學(xué)反應(yīng)器的距離為20cm，苯酚溶液初始濃度為，光催化劑投入量為20mg。在用光照射前，懸浮溶液在黑暗環(huán)境中攪拌30min，完成吸附、解吸平衡。然后打開燈源開關(guān)，反應(yīng)開始。規(guī)定時(shí)間進(jìn)行取樣，苯酚濃度分析采用的是T6紫外分光光度計(jì).同時(shí)測試樣品中的TOC，來了解污染物礦化程度。

在反應(yīng)2h后，苯酚去除率高達(dá)86.8％，TOC的去除率高達(dá)78.4％。

實(shí)驗(yàn)二：

鑭摻雜二氧化鈦光催化材料制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10ml鈦酸四丁酯被溶解在40ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C2H5OH-HNO3-H2O溶液的配制

12ml稀硝酸(HNO₃∶H₂O體積比1∶5)和La(NO₃)₃_6H2O(0.19g)加到另外一個(gè)10ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置6h后，在353K干燥48h，

四、在823K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4h，加熱速度為3K min^-1。成功得到La-TiO₂納米光催化劑。

光催化效果評價(jià)裝置是100ml光化學(xué)石英反應(yīng)器，苯酚為目標(biāo)污染物，裝有濾波片的150W的球形氙燈為試驗(yàn)提供可見光源，其距離光化學(xué)反應(yīng)器的距離為20cm，苯酚溶液初始濃度為，光催化劑投入量為20mg。在用光照射前，懸浮溶液在黑暗環(huán)境中攪拌30min，完成吸附、解吸平衡。然后打開燈源開關(guān)，反應(yīng)開始。規(guī)定時(shí)間進(jìn)行取樣，苯酚濃度分析采用的是T6紫外分光光度計(jì).同時(shí)測試樣品中的TOC，來了解污染物礦化程度。

在反應(yīng)2h后，苯酚去除率高達(dá)60％，TOC的去除率高達(dá)55％。

實(shí)驗(yàn)三：

純二氧化鈦光催化材料制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10ml鈦酸四丁酯被溶解在40ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液的配制

12ml稀硝酸(HNO₃∶H₂O體積比1∶5)加到另外一個(gè)10ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置6h后，在353K干燥48h，

四、在823K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4h，加熱速度為3K min^-1。成功得到La-TiO₂納米光催化劑。

光催化效果評價(jià)裝置是100ml光化學(xué)石英反應(yīng)器，苯酚為目標(biāo)污染物，裝有濾波片的150W的球形氙燈為試驗(yàn)提供可見光源，其距離光化學(xué)反應(yīng)器的距離為20cm，苯酚溶液初始濃度為，光催化劑投入量為20mg。在用光照射前，懸浮溶液在黑暗環(huán)境中攪拌30min，完成吸附、解吸平衡。然后打開燈源開關(guān)，反應(yīng)開始。規(guī)定時(shí)間進(jìn)行取樣，苯酚濃度分析采用的是T6紫外分光光度計(jì).同時(shí)測試樣品中的TOC，來了解污染物礦化程度。

在反應(yīng)2h后，苯酚去除率高達(dá)10％，TOC的去除率高達(dá)7％。