專利名稱：一種雙稀土元素La和Y摻雜TiO₂光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米光催化劑的制備及其應(yīng)用，特別提出了一種雙稀土元素La和Y摻雜1102光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
1102光催化技術(shù)由于其具有無毒、反應(yīng)條件溫和、氧化能力強等優(yōu)點，在難降解有機污染物的處理方面受到了廣泛的重視。人們對光催化做了大量的研究工作，但以下兩個問題卻成為限制光催化應(yīng)用于工業(yè)化過程的瓶頸一是光生電子和空穴容易復(fù)合，光催化量子效率低；二是1102的帶隙能較寬，只能被波長較短的紫外光激發(fā)，太陽能利用率較低。故如何提高光催化效率以及拓展吸收光譜是光催化研究領(lǐng)域具的難題。為此人們使用各種手段對1102進行表面改性。 鑒于稀土氧化物具有多晶型、強吸附性、穩(wěn)定性，且稀土元素的氧化物具有復(fù)雜的能帶結(jié)構(gòu)，當(dāng)Ti02中加入適量的稀土可以有效的擴大光譜響應(yīng)范圍。近年來，有關(guān)稀土元素對Ti02進行摻雜改性的研究也取得了關(guān)鍵性進展，仍存在很大的研究空間。尤其是雙稀土元素改性的研究很少。

發(fā)明內(nèi)容
針對1102光催化劑的局限性，本發(fā)明制備了一種由雙稀土元素?fù)诫s的新型納米1102光催化劑，并用于亞甲基藍(lán)染料的光催化降解，有較高的光催化活性。催化劑易于制備、易于分離。 本發(fā)明采用溶膠_凝膠法制備稀土 La和Y共摻雜納米Ti02光催化劑(簡稱La-Y/Ti02)，并用染料亞甲基藍(lán)溶液的降解來評價光催化劑的活性。
催化劑的制備 —種雙稀土元素La和Y摻雜的納米Ti02光催化劑的制備方法，步驟如下
1)稱取硝酸鑭和硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入無水乙醇和水，用硝酸調(diào)節(jié)pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液； 2)量取鈦酸四丁酯緩慢倒入無水乙醇中，加入冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液； 3)在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化得到透明凝膠； 4)將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得到干凝膠，研磨成粉，最后置于馬弗爐內(nèi)焙燒，得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti02 ; 各原料的質(zhì)量份數(shù)比為鈦酸四丁酯硝酸鑭硝酸釔=34 42 : O. 2165 0. 433 : 0. 0957 0. 3064 ; 鈦酸四丁酯無水乙醇冰醋酸水(質(zhì)量份數(shù)比)=34 42 : 53
78 : 2. 1 4. 2 : 7. 2 8 ;
其中步驟3)的靜置陳化時間為12 48小時。 其中步驟4)馬弗爐內(nèi)焙燒溫度為40(TC 700°C ;焙燒時間為3 6h。
光催化活性的測試 通過光催化降解染料亞甲基藍(lán)來評價光催化活性。稱取一定量催化劑，光源為100W的高壓汞燈。亞甲基藍(lán)水溶液初始濃度為20mg *L—、每隔20min后取5 7mL的反應(yīng)液，離心分離取上層清液，分光光度計測定其吸光度，測定波長為665nm。以溶液的脫色率D來評價光催化劑活性的高低，脫色率越高，催化劑活性越高。脫色率計算公式為
D = (A0-At) /A0 X 100 % D-脫色率；A。_未加催化劑時溶液的吸光度；At_光照tmin后溶液的吸光度。
本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備了雙稀土元素?fù)诫s納米Ti02光催化劑，并用亞甲基藍(lán)溶液的降解實驗測定其光催化活性。制備工藝簡單，光催化降解速度明顯高于P-25納米Ti02。
具體實施例方式
催化劑的制備 實施例1 稱取O. 2165g的硝酸鑭和O. 0957g硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入26. 5g無水乙醇和7. 2g水，用硝酸調(diào)節(jié)pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液。量取34g的鈦酸四丁酯緩慢倒入26. 5g無水乙醇中，加入2. lg的冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液。在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化24h后得透明凝膠。將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得干凝膠，研磨成粉，在60(TC下焙燒4h，得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti02，該催化劑記作a，催化劑為球形或類球形，晶型為銳鈦礦相，顆粒平均粒徑為50-70nm。
實施例2 稱取0. 3464g的硝酸鑭和0. 1914g硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入34g無水乙醇和5g水，用硝酸調(diào)節(jié)pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液。量取39g的鈦酸四丁酯緩慢倒入34g無水乙醇中，加入2. 8g的冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液。在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化36h后得透明凝膠。將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得干凝膠，研磨成粉，在70(TC下焙燒3h，得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti(^，該催化劑記作b，催化劑晶型為銳鈦礦相，平均粒徑為50-70nm。
實施例3 稱取0. 433g的硝酸鑭和0. 3064g硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入38g無水乙醇和8g水，用硝酸調(diào)節(jié)pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液。量取42g的鈦酸四丁酯緩慢倒入38g無水乙醇中，加入4. 2g的冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液。在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化48h后得透明凝膠。將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得干凝膠，研磨成粉，在40(TC下焙燒6h。得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti02。該催化劑記作c，晶型為銳鈦礦相。
2.光催化活性測試
實施例1
稱取0. 2g催化劑a，加入到初始濃度為20mg L—1的亞甲基藍(lán)水溶液中，用光源為 100W的高壓汞燈照射。每隔20min取5 7mL的反應(yīng)液，離心分離取上層清液，用分光光度 計測定其在665nm處的吸光度，光照60min后亞甲基藍(lán)溶液的脫色率為98%，光照lOOmin 后亞甲基藍(lán)溶液的脫色率為100%。相同條件下以P-25作催化劑，60min后亞甲基藍(lán)溶液 的脫色率為42%， lOOmin后亞甲基藍(lán)的脫色率為80%。
實施例2 稱取0. 2g催化劑b，加入到初始濃度為20mg L—1的亞甲基藍(lán)水溶液中，用光源為 100W的高壓汞燈照射。每隔20min取5 7mL的反應(yīng)液，離心分離取上層清液，用分光光度 計測定其在665nm處的吸光度，光照60min后亞甲基藍(lán)溶液的脫色率為56%，光照120min 后亞甲基藍(lán)溶液的脫色率為99%。相同條件下以P-25作催化劑，60min后亞甲基藍(lán)溶液的 脫色率為42%， 120min后亞甲基藍(lán)的脫色率為90%。
實施例3 稱取0. 2g催化劑c，加入到初始濃度為20mg L—1的亞甲基藍(lán)水溶液中，用光源為 100W的高壓汞燈照射。每隔20min取5 7mL的反應(yīng)液，離心分離取上層清液，用分光光度 計測定其在665nm處的吸光度，光照60min后亞甲基藍(lán)溶液的脫色率為58%， 120min后亞 甲基藍(lán)溶液的脫色率為97%。相同條件下以P-25作催化劑，60min后亞甲基藍(lán)溶液的脫色 率為42%，120min后亞甲基藍(lán)的脫色率為90%。 本發(fā)明并不局限于實施例中所描述的技術(shù)，它的描述是說明性的，并非限制性的。 本發(fā)明的權(quán)限由權(quán)利要求所限定，基于本技術(shù)領(lǐng)域人員依據(jù)本發(fā)明所能夠變化、重組等方 法得到的與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種雙稀土元素La和Y摻雜的納米TiO2光催化劑(La-Y/TiO2)的制備方法，其特征是步驟如下1)取硝酸鑭和硝酸釔晶體，加入無水乙醇和水，用硝酸調(diào)節(jié)pH至2～3，攪拌至完全溶解，即制得A液；2)量取鈦酸四丁酯緩慢倒入無水乙醇中，加入冰醋酸作為抑制劑，攪拌混勻，即制得B液；3)在攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化得到透明凝膠；4)將凝膠在60℃恒溫干燥箱干燥得到干凝膠，研磨成粉，最后置于馬弗爐內(nèi)焙燒，得到La和Y共摻雜TiO2納米催化劑La-Y/TiO2；各原料的質(zhì)量份數(shù)比為鈦酸四丁酯∶硝酸鑭∶硝酸釔＝34～42∶0.2165～0.433∶0.0957～0.3064；鈦酸四丁酯∶無水乙醇∶冰醋酸∶水＝34～42∶53～78∶2.1～4.2∶7.2～8。
2. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是步驟3)的靜置陳化時間為12 48小時。
3. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是步驟4)馬弗爐內(nèi)焙燒溫度為40(TC 7Q0。C ;焙燒時間為:3 6h。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種采用溶膠-凝膠法制備雙稀土元素La和Y摻雜TiO2光催化劑的方法。將硝酸鑭和硝酸釔晶體與乙醇、水混合后，用硝酸調(diào)節(jié)pH至2～3，攪拌至完全溶解，制得A液。將鈦酸四丁酯緩慢倒入無水乙醇中，加入冰醋酸作為抑制劑，攪拌溶解，制得B液。攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化得到透明凝膠。將凝膠在60℃恒溫干燥得到干凝膠，研磨成粉，最后置于馬弗爐內(nèi)在400～700℃焙燒3～6h，得到La和Y共摻雜的TiO2納米光催化劑La-Y/TiO2。用染料亞甲基藍(lán)溶液的降解實驗測定了本發(fā)明制備的光催化劑La-Y/TiO2的光催化活性。制備工藝簡單，光催化降解速度明顯高于P-25納米TiO2。
文檔編號B01J37/00GK101721990SQ20091022897
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者史慧賢, 張?zhí)煊? 楊秋生 申請人:天津大學(xué)