光催化材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料技術領域，尤其涉及一種Ti02光催化材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著環(huán)境問題的日益嚴重，水處理成為人們關注的重點內容之一，光催化材料因其綠色環(huán)保受到科學界的追捧，其中Ti02作為最早使用的材料已成為該領域的代表。但是由于Ti02具有較大的禁帶寬度，使其只能在紫外光的照射下才能催化有機物質，而太陽光中紫外光僅占很少的比例。因此，近年來人們致力于開發(fā)可見光光催化劑，通過貴金屬復合，金屬離子摻雜，非金屬離子摻雜，氧化物復合和碳材料復合來提高材料的可見光光催化性能。
[0003]目前，Ti02復合碳材料是一種被廣泛研究的可見光光催化材料，因碳材料來源廣泛，性能卓越而備受關注，例如:C摻雜Ti02，碳納米管、富勒烯和石墨烯復合Ti02材料等，但這些材料在制備過程中多數(shù)需要高溫處理，或者制備過程復雜。目前有關含碳多孔二氧化鈦的制備方法主要多采用液相法，這些方法反應過程復雜，若獲得多孔結構往往需要后續(xù)的高溫處理。Zhang等(Chem.Commu.,2014,50,13971-13974)報道了一種制備含碳Ti02的制備方法(該方法是將鈦酸四丁酯的乙醇溶液加入到由硝酸調節(jié)pH為1.5的乙酸、無水乙醇、去離子水的混合溶液中，得到溶膠。溶膠經攪拌陳化、干燥得到凝膠，最終經過400度煅燒得到了含碳的Ti02光催化劑)。制備過程較為復雜，時間較長，最終還需要高溫處理，且所制備的材料不具備多級結構。Panda等(J.Mater.Chem.A, 2013,1,9122-9131)報道了一種制備多級結構微球的方法(以異丙醇氧鈦為鈦源，先制備了鈦的前驅物，而后將該前驅物與氨水水熱反應，得到的樣品經400度煅燒后獲得了多孔的Ti02多級結構材料)。該反應條件較復雜，同樣需要高溫處理，并且最終產物中不含碳。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種低溫制備含碳的、具有多級結構、多孔的Ti02光催化材料的制備方法。
[0005]—種Ti02光催化材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1:在異丙醇中在攪拌條件下加入乙酰丙酮鈦和冰醋酸，得到溶液I;
[0007]步驟2:將溶液I在120_200°C水熱反應8-20小時，得到中間產物；
[0008]步驟3:將步驟2的中間產物分別用水和乙醇洗滌數(shù)次，然后在空氣氣氛下60-150°干燥2h，即得到本發(fā)明Ti02光催化材料。
[0009]進一步地，如上所述的Ti02光催化材料的制備方法，所述異丙醇、乙酰丙酮鈦、冰醋酸三者的體積比為:30-35:0.2-0.8:0.1-0.5o
[0010]本發(fā)明提供的Ti02光催化材料的制備方法，其方法簡單、環(huán)保，易于大規(guī)模生產，合成出的材料結構穩(wěn)定，比表面積大，形貌均一，對染料羅丹明B(RhB)具有較好的可見光光催化性能，并且該光催化材料具有很好的穩(wěn)定性和可重復利用性。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例1所制備微球在不同溫度處理后的XRD圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實施例1所制備微球在不同溫度處理后的IR圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球的低倍率掃描電鏡圖；
[0014]圖4為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球的高倍率SEM圖；
[0015]圖5為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球低倍率的透射電鏡圖；
[0016]圖6為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球的TEM，HRTEM及FFT變換圖；
[0017]圖7為本發(fā)明實施例1不同溫度煅燒后樣品和P25對羅丹明B的催化降解圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面本發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0019]實施例1:
[°02°] 在50mL的水熱反應爸中加入30mL異丙醇，在攪拌條件下加入0.458mL乙酰丙酮鈦，加入0.2mL冰醋酸，得到溶液，在150°C水熱反應12小時。得到產物分別用水和乙醇洗滌，在空氣氣氛下150度干燥2h，即可得到由納米粒子構筑的多孔納米片層進一步堆積而成的含碳的多級結構微球，微球直徑約100-200nm，納米粒子尺寸約8nm，孔尺寸約3.4nm，比表面積338m2g_10
[0021]實施例2:
[0022]在50mL的水熱反應爸中加入35mL異丙醇，在攪拌條件下加入0.2mL乙酰丙酮鈦，加入0.lmL冰醋酸，得到溶液，在200°C水熱反應10小時。得到產物分別用水和乙醇洗滌，在空氣氣氛下100度干燥2h，即可得到由納米粒子構筑的多孔納米片層進一步堆積而成的含碳的多級結構微球，微球直徑約100-200nm，納米粒子尺寸約8nm，孔尺寸約3.4nm，比表面積338m2g_10
[0023]實施例3:
[0024]在50mL的水熱反應爸中加入30mL異丙醇，在攪拌條件下加入0.8mL乙酰丙酮鈦，加入0.5mL冰醋酸，得到溶液，在120°C水熱反應8小時。得到產物分別用水和乙醇洗滌，在空氣氣氛下60度干燥2h，即可得到由納米粒子構筑的多孔納米片層進一步堆積而成的含碳的多級結構微球，微球直徑約100-200nm，納米粒子尺寸約8nm，孔尺寸約3.4nm，比表面積338m2g-1
ο
[0025]光催化實驗，選用羅丹明B(RhB)為污染物測試含碳Ti02多級結構微球的可見光光催化性能。將一定濃度的RhB溶液放入稱量瓶中，然后加入含碳Ti02多級結構微球做為催化附劑，在室溫下磁力攪拌同時使用可見光光源照射樣品，攪拌一定的時間后，取固定體積上清液溶液進行采樣，然后利用紫外可見分光光度計根據(jù)RhB在554nm處特征吸收峰的強度來檢測RhB的剩余濃度。
[0026]圖1為本發(fā)明實施例1所制備微球在不同溫度處理后的XRD圖，如圖1所示，圖中的衍射峰與標準卡片(JCPDS N0.65-5714)比對可知，所得產物為Ti02。隨著熱處理溫度的升尚，樣品中TiC>2的結晶性逐漸提尚。
[0027]圖2為本發(fā)明實施例1所制備微球在不同溫度處理后的IR圖，如圖2所示，由圖中低溫處理的IR曲線可知，在1000-1700cm—1和3000cm—1附近出現(xiàn)了含碳有機物的伸縮震動峰。高溫處理后有機物的震動峰消失。
[0028]圖3為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球的低倍率掃描電鏡圖，如圖3所不，圖中可以看出產物為較均一的微球結構。
[0029]圖4為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球的高倍率SEM圖；如圖4所示，圖中可以清晰看出此微球是由大量2D納米片構筑而成，微球直徑約100-200nm。
[0030]圖5為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球低倍率的透射電鏡圖；如圖5所示，可以看出此微球形貌規(guī)整，尺寸均一。
[0031]圖6為本發(fā)明實施例1含碳Ti02微球的TEM，HRTEM及FFT變換圖；如圖6所示，由高分辨率TEM圖可見晶面間距為0.35nm，對應Ti02的(101)晶面，右上插圖為傅里葉變換圖，其中衍射點對應(101)晶面，與XRD結果相吻合，同時在方框線內可以看到含碳物質的存在。
[0032]圖7為本發(fā)明實施例1不同溫度煅燒后樣品和P25對羅丹明B的催化降解圖，(a，b，c，d，e，f，g分別對應60°C，100°C，150°C，200°C，300°C，500°C，P25)，由圖可知含碳Ti02微球相比純相材料和P25具有較好的催化性能。且隨著熱處理溫度的升高，催化性能先升高后降低。15mg 150度熱處理樣品，在可見光照射180min后將15mL 20mg g—1的羅丹明B完全降解。
[0033]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種Ti02光催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:在異丙醇中在攪拌條件下加入乙酰丙酮鈦和冰醋酸，得到溶液I; 步驟2:將溶液I在120-200°c水熱反應8-20小時，得到中間產物； 步驟3:將步驟2的中間產物分別用水和乙醇洗滌數(shù)次，然后在空氣氣氛下60-150°干燥2h，即得到本發(fā)明Ti02光催化材料。2.根據(jù)權利要求1所述的Ti02光催化材料的制備方法，其特征在于，所述異丙醇、乙酰丙酮鈦、冰醋酸三者的體積比為:30-35:0.2-0.8:0.1-0.5o
【專利摘要】本發(fā)明提供一種TiO2光催化材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1：在異丙醇中在攪拌條件下加入乙酰丙酮鈦和冰醋酸，得到溶液I；步驟2：將溶液I在120-200℃水熱反應8-20小時，得到中間產物；步驟3：將步驟2的中間產物分別用水和乙醇洗滌數(shù)次，然后在空氣氣氛下60-150°干燥2h，即得到本發(fā)明TiO2光催化材料。本發(fā)明提供的TiO2光催化材料的制備方法，其方法簡單、環(huán)保，易于大規(guī)模生產，合成出的材料結構穩(wěn)定，比表面積大，形貌均一，對染料羅丹明B(RhB)具有較好的可見光光催化性能，并且該光催化材料具有很好的穩(wěn)定性和可重復利用性。
【IPC分類】B01J21/06, C02F1/30, C01G23/053
【公開號】CN105435762
【申請?zhí)枴緾N201510869833
【發(fā)明人】程曉麗, 劉維剛, 徐英明, 霍麗華, 張現(xiàn)發(fā)
【申請人】黑龍江大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月1日