技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具備光催化還原性能的CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法，具體屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光催化技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、高效、不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在處理環(huán)境污染物中得到廣泛的應(yīng)用。目前最常用的光催化材料是TiO₂，因?yàn)槠錈o毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且成本低廉。但其只能主要利用紫外光及較低的光催化效率制約了它的應(yīng)用，因此，許多方法發(fā)展起來用于改性TiO₂以提高其效率。其中，金屬氧化物復(fù)合法得到廣泛的應(yīng)用。在這里面，CeO₂復(fù)合TiO₂的納米材料引起了眾多的關(guān)注。Ce是一種無毒且成本低廉的鑭系稀土元素。CeO₂特殊的f和d電子軌道結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的UV吸收性能、高電子傳導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性和大的儲氧性能都可顯著地提高TiO₂的光催化效率。已經(jīng)有眾多的CeO2-TiO2納米復(fù)合材料被報(bào)道。例如：胡明江報(bào)道用同軸靜電紡絲法制備了CeO2-TiO2復(fù)合納米纖維，可用效用于醛酮類有機(jī)污染物的光催化氧化降解[環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（01）：215-221]；奚麗荷等報(bào)道采用液相合成法制備CeO2-TiO2納米復(fù)合材料，可用效用于甲醛的光催化氧化[功能材料，2007，38（11）：1762-1765]。但是，值得注意的是，目前CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料的光催化性能的應(yīng)用主要局限于光催化氧化有機(jī)物的反應(yīng)。這是因?yàn)?，Ce對諸多有機(jī)化合物的官能團(tuán)具有很強(qiáng)的親和性，因此它可以將有機(jī)物富集在光催化劑表面，從而提高光催化效率。因此，CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料用于光催化氧化有機(jī)污染物的性能被廣泛報(bào)道[Mater. Res. Bull. 45 (2010) 1406-1412; Appl. Surf. Sci. 255 (2009) 5975-5978]。但是，具備光催化還原性能的CeO₂-TiO₂納米復(fù)合物幾乎沒有報(bào)道，這極大地制約了CeO₂-TiO₂這種優(yōu)秀光催化材料的應(yīng)用。拓展CeO₂-TiO₂納米復(fù)合物的可見光還原性能，已成為該領(lǐng)域研究的一個(gè)焦點(diǎn)。本發(fā)明旨在探索解決這一關(guān)鍵問題的方法。

催化劑的性能與其制備的方法及復(fù)合組分的比例密切相關(guān)，從這些方面進(jìn)行探索有利于發(fā)展催化劑新的制備方法。本發(fā)明方法以水熱、煅燒的方法制備CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料，以本發(fā)明所述制備方法及復(fù)合組分的比例獲得的CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料，具備以往CeO₂-TiO₂沒有報(bào)道過的性能，具備在可見下激發(fā)下光催化還原水體中重金屬污染物Cr(VI)的性能。本發(fā)明方法，可有效地拓寬CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具備光催化還原性能的CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

將Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在乙醇中，得到硝酸鈰溶液；將鈦酸正丁酯溶解在乙醇與去離子水的混和液中，得到鈦酸正丁酯溶液；將上述兩種溶液中在超聲的條件下混和分散均勻，得到反應(yīng)混合物。

將步驟的反應(yīng)混合物放入水熱反應(yīng)釜中，維持120℃反應(yīng)48h。

將步驟的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后進(jìn)行離心分離，所得濾餅經(jīng)洗滌、烘干處理后進(jìn)行煅燒，得到CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料。

所述的Ce(NO₃)₃.6H₂O與鈦酸正丁酯的Ce/Ti的摩爾比為1:0.5～5。

所述的鈦酸正丁酯溶解在乙醇與去離子水的混和液中，乙醇與去離子水的體積比為2:1。

所述煅燒的條件為維持450℃煅燒5h，升溫速率為5℃min^?1。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：所述方法簡單，易操作。通過本方法制備的CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料可在可見光激發(fā)下，對水相中的Cr(VI)有效地進(jìn)行光催化還原，該材料可有效地應(yīng)用于水體中重金屬污染的光催化治理，使得材料適合于大范圍推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料的掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明CeO₂-TiO₂納米復(fù)合材料光催化還原Cr(VI)性能。

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

0.1498g Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在20mL乙醇中，352uL鈦酸正丁酯溶解在20mL乙醇和10mL去離子水的混和液中。將上述兩種溶液在超聲的條件下混和并分散均勻，然后將混和液裝入100 mL水熱反應(yīng)釜，120℃下反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后待體系降到室溫后，將反應(yīng)所得的固體通過離心分離并收集，然后用去離子水和乙醇交替清洗干凈，于60℃烘干過夜。最后，將所得材料于450℃下煅燒5h，升溫速率為5℃/min-1。

實(shí)施例2

0.1498g Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在20mL乙醇中，117uL鈦酸正丁酯溶解在20mL乙醇和10mL去離子水的混和液中。將上述兩種溶液在超聲的條件下混和并分散均勻，然后將混和液裝入100 mL水熱反應(yīng)釜，120℃下反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后待體系降到室溫后，將反應(yīng)所得的固體通過離心分離并收集，然后用去離子水和乙醇交替清洗干凈，于60℃烘干過夜。最后，將所得材料于450℃下煅燒5h，升溫速率為5℃/min-1。

實(shí)施例3

0.1498g Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在20mL乙醇中，587uL鈦酸正丁酯溶解在20mL乙醇和10mL去離子水的混和液中。將上述兩種溶液在超聲的條件下混和并分散均勻，然后將混和液裝入100 mL水熱反應(yīng)釜，120℃下反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后待體系降到室溫后，將反應(yīng)所得的固體通過離心分離并收集，然后用去離子水和乙醇交替清洗干凈，于60℃烘干過夜。最后，將所得材料于450℃下煅燒5h，升溫速率為5℃/min-1。