負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法，所述材料該材料在SiO2反蛋白石基底的表面依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的TiO2薄膜，其中，銅與鈦的摩爾比為(2～3):100。本發(fā)明通過(guò)以SiO2反蛋白石基底，在其上依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的TiO2薄膜，利用SnO2薄膜和銅離子摻雜的TiO2薄膜的協(xié)同作用，制備出兼具良好光電催化效率和有機(jī)廢水降解效率的光電催化材料。
【專利說(shuō)明】
負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光電催化材料及其制備方法，特別是一種負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化技術(shù)是一種利用光照激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生光生電子和光生空穴，來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的徹底礦化，具有環(huán)境友好無(wú)二次污染的特點(diǎn)，在處理水相有機(jī)污染物中有潛在的應(yīng)用前景。
[0003]二氧化鈦(T12)具有很高的光催化活性和良好的生物、化學(xué)惰性，且不會(huì)發(fā)生光腐蝕和化學(xué)腐蝕，而且價(jià)格相對(duì)便宜，被證明最適合用作光催化材料。但T12的能帶帶隙較寬(3.2eV)，只能被波長(zhǎng)小于380nm的紫外光激發(fā)，但太陽(yáng)光中紫外光能量所占比例僅約5%，而約有50%的能量集中在可見(jiàn)光區(qū)間，因此純T12它對(duì)太陽(yáng)光的利用率很低，而且二氧化鈦光生電子-空穴復(fù)合率高，限制了其可見(jiàn)光催化活性；另外，粉末狀的T12光催化材料存在難以分離、易流失的問(wèn)題。
[0004]CN 102580741A公開(kāi)了一種負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料，其通過(guò)銅離子的摻雜實(shí)現(xiàn)T12對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)，并通過(guò)溶膠凝膠技術(shù)在不銹鋼基底上形成多孔的薄膜，該薄膜具有較大的比表面積且與基底結(jié)合牢固，而且可以通過(guò)在外加一定的偏壓，通過(guò)電場(chǎng)協(xié)助抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合。但該發(fā)明制備的材料光電催化效率較低，并且其對(duì)有機(jī)廢水的降解效率有待進(jìn)一步提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法，本發(fā)明通過(guò)以S12反蛋白石基底，在其上依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜，利用SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜的協(xié)同作用，制備出兼具良好光電催化效率和有機(jī)廢水降解效率的光電催化材料。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]第一方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料，該材料在S12反蛋白石基底的表面依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜，其中銅與鈦的摩爾比為(2?3):100。
[0008]其中，銅與鈦的摩爾比可為2:100、2.3:100、2.5:100、2.7:100或3:100等。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，上述的銅離子摻雜的T12薄膜的厚度為:I?5μπι。
[0010]優(yōu)選地，所述SnO2 薄膜的厚度為 20 ?30μπι，例如 20μπι、22μπι、24μπι、26μπι、28μπι 或 30μm等。
[0011]第二方面，本發(fā)明提供了一種制備上述的負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料的方法，該方法的具體步驟為:
[0012]a.稱取聚苯乙烯，溶于有機(jī)溶劑苯中，不添加水，再向其中滴加含錫前驅(qū)液，制成含錫覆膜溶液；
[0013]b.用提拉涂膜法在經(jīng)過(guò)清洗的S12反蛋白石基底上成膜，然后在300?400 V下進(jìn)行煅燒，得到附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底；
[0014]c.在聚苯乙烯的無(wú)水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入銅鹽的乙醇溶液，其中銅離子與鈦源的摩爾比在(2?3): 100，聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為1: (2?3):1 ；
[0015]d.用提拉涂膜法在附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底上成膜，然后在400?500°c下煅燒以去除有機(jī)物，即得到負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料。
[0016]其中，步驟b中的煅燒溫度可為300 °C、330 °C、350 °C、370 °C或400 °C等；步驟c中聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為可為1:2:1、1:2.5:1或1:3:1等。
[0017]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟(a)中所述含錫前驅(qū)液與聚苯乙烯的質(zhì)量比為(3?5):1，例如3:1、4:1或5:1等，進(jìn)一步優(yōu)選為4:1。
[0018]優(yōu)選地，步驟(a)中所述含錫前驅(qū)液的的制備方法為:將氯化錫和檸檬酸溶于乙醇中，攪拌至完全溶解，制得含錫前驅(qū)液。
[0019]優(yōu)選地，所述含錫前驅(qū)液中氯化錫的濃度為0.05?0.1mol/Lji^n0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/L或0.lmol/L等，進(jìn)一步優(yōu)選為0.07mol/L；
[0020]優(yōu)選地，所述含錫前驅(qū)液中檸檬酸的濃度為0.05?0.lmol/L，例如0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/L或0.lmol/L等，進(jìn)一步0.07mol/L。
[0021]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，上述的銅鹽可以為:硝酸銅或氯化銅。
[0022]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為 1:2:1。
[0023]上述的鈦源為:鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四乙酯。
[0024]本發(fā)明通過(guò)以S12反蛋白石基底，在其上依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜，利用SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜的協(xié)同作用，制備出兼具良好光電催化效率和有機(jī)廢水降解效率的光電催化材料，其光電催化效率可達(dá)95 %，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率可達(dá)95%。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0026]實(shí)施例一:
[0027]含錫前驅(qū)液的制備:將氯化錫和檸檬酸溶于有機(jī)溶劑乙醇中，攪拌至完全溶解，制得氯化錫的濃度為0.07mol/L，檸檬酸的濃度為0.07mol/L的錫前驅(qū)液。
[0028]光電催化材料的制備:
[0029]1、稱取聚苯乙烯，溶于有機(jī)溶劑苯中，不添加水，再向其中滴加含錫前驅(qū)液，含錫前驅(qū)液與聚苯乙烯的質(zhì)量比為4:1，制成含錫覆膜溶液；
[0030]2、用提拉涂膜法在經(jīng)過(guò)清洗的S12反蛋白石基底上成膜，然后在350°C下進(jìn)行煅燒，得到附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底；
[0031]3、在聚苯乙烯的無(wú)水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦酸四丁酯和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入硝酸銅的乙醇溶液;其中銅離子與鈦源的摩爾比在2.5:100，聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為1:2:1;
[0032]4、用提拉涂膜法在附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底上成膜，然后在450°C下煅燒以去除有機(jī)物，即得到負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料。
[0033]本實(shí)施例值得的光電催化材料中SnO2薄膜的厚度為25μπι，銅離子摻雜的T12薄膜的厚度為3μηι。
[0034]在外加1.4V電壓下，其光電催化效率為97 %，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率96%。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]含錫前驅(qū)液的制備:將氯化錫和檸檬酸溶于有機(jī)溶劑乙醇中，攪拌至完全溶解，制得氯化錫的濃度為0.05mol/L，檸檬酸的濃度為0.05mol/L的錫前驅(qū)液。
[0037]光電催化材料的制備:
[0038]1、稱取聚苯乙烯，溶于有機(jī)溶劑苯中，不添加水，再向其中滴加含錫前驅(qū)液，含錫前驅(qū)液與聚苯乙烯的質(zhì)量比為3:1，制成含錫覆膜溶液；
[0039]2、用提拉涂膜法在經(jīng)過(guò)清洗的S12反蛋白石基底上成膜，然后在300°C下進(jìn)行煅燒，得到附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底；
[0040]3、在聚苯乙烯的無(wú)水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦酸四丁酯和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入硝酸銅的乙醇溶液;其中銅離子與鈦源的摩爾比在2:100，聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為1:2.5:1;
[0041]4、用提拉涂膜法在附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底上成膜，然后在400°C下煅燒以去除有機(jī)物，即得到負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料。
[0042]本實(shí)施例值得的光電催化材料中SnO2薄膜的厚度為20μπι，銅離子摻雜的T12薄膜的厚度為Iym。
[0043]在外加1.4V電壓下，其光電催化效率為95%，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率94%。
[0044]實(shí)施例3:
[0045]含錫前驅(qū)液的制備:將氯化錫和檸檬酸溶于有機(jī)溶劑乙醇中，攪拌至完全溶解，制得氯化錫的濃度為0.lmol/L，檸檬酸的濃度為0.lmol/L的錫前驅(qū)液。
[0046]光電催化材料的制備:
[0047]1、稱取聚苯乙烯，溶于有機(jī)溶劑苯中，不添加水，再向其中滴加含錫前驅(qū)液，含錫前驅(qū)液與聚苯乙烯的質(zhì)量比為5:1，制成含錫覆膜溶液；
[0048]2、用提拉涂膜法在經(jīng)過(guò)清洗的S12反蛋白石基底上成膜，然后在400°C下進(jìn)行煅燒，得到附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底；
[0049]3、在聚苯乙烯的無(wú)水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦酸四丁酯和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入硝酸銅的乙醇溶液;其中銅離子與鈦源的摩爾比在3:100，聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為1:3:1;
[0050]4、用提拉涂膜法在附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底上成膜，然后在500°C下煅燒以去除有機(jī)物，即得到負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料。
[0051 ]本實(shí)施例值得的光電催化材料中SnO2薄膜的厚度為30μπι，銅離子摻雜的T12薄膜的厚度為5μηι。
[0052]在外加1.4V電壓下，其光電催化效率為96%，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率95%。
[0053]對(duì)比例1:
[0054]CN 102580741A中實(shí)施例1，該對(duì)比例制備得到的光電催化材料在外加1.4V電壓下，光電催化效率為78 %，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率80 %。
[0055]對(duì)比例2:
[0056]除了光電催化材料的基底為不銹鋼基底外，其他物料用量與制備方法均與實(shí)施例1中相同。
[0057]該對(duì)比例制備得到的光電催化材料在外加1.4V電壓下，光電催化效率為84 %，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率76%。
[0058]對(duì)比例3:
[0059]除了不制備Sn02薄膜外，其他物料用量與制備方法均與實(shí)施例1中相同。
[0060]該對(duì)比例制備得到的光電催化材料在外加1.4V電壓下，光電催化效率為76 %，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率71 %。
[0061 ] 對(duì)比例4:
[0062]除了不制備銅離子摻雜的T12薄膜外，其他物料用量與制備方法均與實(shí)施例1中相同。
[0063]該對(duì)比例制備得到的光電催化材料在外加1.4V電壓下，光電催化效率為79 %，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率75%。
[0064]綜合實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-4的結(jié)果可以看出，本發(fā)明通過(guò)以S12反蛋白石基底，在其上依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜，利用SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜的協(xié)同作用，制備出兼具良好光電催化效率和有機(jī)廢水降解效率的光電催化材料，其光電催化效率可達(dá)95%，亞甲基藍(lán)溶液(6mg/L)的降解率可達(dá)95%。
[0065]
【申請(qǐng)人】聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料，其特征在于，該材料在S12反蛋白石基底的表面依次附著SnO2薄膜和銅離子摻雜的T12薄膜，其中，銅與鈦的摩爾比為(2?3): 100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料，其特征在于，所述的銅離子摻雜的T12薄膜的厚度為:I?5μπι; 優(yōu)選地，所述SnO2薄膜的厚度為20?30μπι。3.—種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: a.稱取聚苯乙烯，溶于有機(jī)溶劑苯中，不添加水，再向其中滴加含錫前驅(qū)液，制成含錫覆膜溶液； b.用提拉涂膜法在經(jīng)過(guò)清洗的S12反蛋白石基底上成膜，然后在300?400°C下進(jìn)行煅燒，得到附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底； c.在聚苯乙烯的無(wú)水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入銅鹽的乙醇溶液;其中銅離子與鈦源的摩爾比在(2?3): 100，聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為1: (2?3):1 ； d.用提拉涂膜法在附著有SnO2薄膜的S12反蛋白石基底上成膜，然后在400?500°C下煅燒以去除有機(jī)物，即得到負(fù)載型可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述含錫前驅(qū)液與聚苯乙烯的質(zhì)量比為(3?5):1，進(jìn)一步優(yōu)選為4:1 ； 優(yōu)選地，步驟(a)中所述含錫前驅(qū)液的的制備方法為:將氯化錫和檸檬酸溶于乙醇中，攪拌至完全溶解，制得含錫前驅(qū)液； 優(yōu)選地，所述含錫前驅(qū)液中氯化錫的濃度為0.05?0.111101/1，進(jìn)一步優(yōu)選為0.071]101/L； 優(yōu)選地，所述含錫前驅(qū)液中檸檬酸的濃度為0.05?0.111101/1，進(jìn)一步0.0711101/1。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的銅鹽為:硝酸銅或氯化銅； 優(yōu)選地，所述聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比為1:2:1。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的銅離子與鈦源的摩爾比為3:100。7.根據(jù)權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述的鈦源為:鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四乙酯。
【文檔編號(hào)】C02F1/30GK106000411SQ201610343588
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】徐德生
【申請(qǐng)人】無(wú)錫市嘉邦電力管道廠