專利名稱：利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的合成方法。
背景技術：
半導體光催化技術由于操作簡便、反應條件溫和、無二次污染等突出優(yōu)點而受到 重視。在眾多半導體光催化劑中，二氧化鈦由于活性高、穩(wěn)定性好、抗光腐蝕性強、價格便宜 和安全無毒等特點而倍受青睞。較寬的帶隙使二氧化鈦具有高的光催化活性的同時也將其 應用范圍限制在紫外光范圍內。非金屬離子摻雜是拓寬二氧化鈦光響應范圍、提高其可見 光催化活性的有效方法。目前采用的合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法通常是在二 氧化鈦納米粒子獲得之后與含有非金屬元素的物質機械攪拌，進而進行一個還原性氣氛保 護下的高溫熱處理而得到產品；由于納米粒子已經產生，非金屬元素難以進入二氧化鈦晶 格取代氧元素，因此該方法的摻雜效率低下；需要經過二氧化鈦的合成過程、與含有非金屬 元素的物質機械攪拌過程以及還原性氣氛保護下的高溫熱處理過程，工藝復雜，生產所需 設備種類繁多、高溫下還原性氣氛的保持對設備耐高溫高壓以及氣密性要求高，因此成本 高；現(xiàn)有工藝條件通常只能實現(xiàn)一種非金屬元素摻雜，因此普適性差。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法摻雜效 率低、工藝復雜、成本高、普適性差的問題，而提供一種利用相分離-水解溶劑熱法可控合 成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法。利用相分離_水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法，其特 征在于利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法按以下 步驟實現(xiàn)的一、將鈦酸丁酯與甲苯按1:3的體積比混合后攪拌2(T40min，得到有機相；二、 將濃度為1. 5^2. Omol/L的非金屬離子的水溶液加入到高壓反應釜內，再將有機相裝入U形 槽后置于非金屬離子的水溶液中，非金屬離子的水溶液液面位于U形槽頂端面之下，然后 蓋上釜蓋，然后在14(T18(TC下溶劑熱反應5 7h，冷卻至室溫，過濾；三、將在10(Tl4(rC條 件下，將步驟二過濾得到的沉淀物用二甲基硅油油浴干燥lh，研磨，以5 15°C /min的升溫 速率升溫至30(T40(TC，保溫廣3h，隨爐冷卻；即得到非金屬離子摻雜納米二氧化鈦。本發(fā)明通過在水相中引入氨水、硫脲或硫化鈉等非離子，在高壓反應釜內進行溶 劑熱反應，制備了不同非金屬離子摻雜的納米二氧化鈦。本發(fā)明方法制備非金屬離子摻雜 的納米二氧化鈦的晶化度高、可見光催化活性好，用于可見光催化降解有機污染物。本發(fā)明 方法制備非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的晶相為銳鈦礦相，其的光響應范圍更寬，可以達 到700nm。與未經過摻雜的純樣品相比，本發(fā)明得到的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦光吸收 更強，可見光催化活性提高，說明摻雜的效率高。本發(fā)明方法工藝簡單，反應條件溫和，對設 備要求低，從而降低了生產成本；通過改變加入的非金屬物質可得到多種非金屬離子摻雜
3的納米二氧化鈦，適用面廣，適于工業(yè)化生產。


圖1是合成裝置示意圖，圖1中1表示釜蓋，2表示高壓釜，3表示U形槽，4表示 有機相，5表示水相；圖2是具體實施方式
十所制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的XRD 圖，a表示用氨水溶液制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的XRD圖，b表示用硫脲水溶液 制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的XRD圖，c表示用硫化鈉的非金屬離子摻雜納米二 氧化鈦的XRD圖；圖3是具體實施方式
十所制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的DRS圖， 圖3中1表示未經非金屬離子摻雜(其他合成條件一致)的純銳鈦礦相納米二氧化鈦，2表 示用硫化鈉的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦，3表示用氨水溶液制備的非金屬離子摻雜納 米二氧化鈦，4表示用硫脲水溶液制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦；圖4是具體實施方 式十所制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的可見光催化活性圖，圖4中5表示用氨水溶 液制備的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦，6表示用硫脲水溶液制備的非金屬離子摻雜納米 二氧化鈦，7表示用硫化鈉的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦，8表示二氧化鈦(商品P25)，9 未經非金屬離子摻雜(其他合成條件一致)的純銳鈦礦相納米二氧化鈦。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式中利用相分離_水解溶劑熱法可控合成非金屬離子 摻雜納米二氧化鈦的方法按以下步驟實現(xiàn)的一、將鈦酸丁酯與甲苯按1:3的體積比混合 后攪拌2(T40min，得到有機相；二、將濃度為1. 5^2. Omol/L的非金屬離子的水溶液加入到 高壓反應釜內，再將有機相裝入U形槽后置于非金屬離子的水溶液(水相)中，非金屬離子的 水溶液液面位于U形槽頂端面之下，然后蓋上釜蓋，然后在14(T18(TC下溶劑熱反應5 7h， 冷卻至室溫，過濾；三、將在10(Γ140 條件下，將步驟二過濾得到的沉淀物用二甲基硅油 油浴干燥lh，研磨，以5 15°C /min的升溫速率升溫至30(T40(TC，保溫廣3h，隨爐冷卻；即 得到非金屬離子摻雜納米二氧化鈦。本實施方式方法制備非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的晶相為銳鈦礦相，其的光響 應范圍更寬，可以達到700nm。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施一不同的是步驟一中所述的攪拌時間 為30min。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二所述的非 金屬離子水溶液為氨水溶液、硫脲水溶液或硫化鈉水溶液。其它步驟與參數(shù)與具體實施方 式一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二所述 非金屬離子的水溶液的濃度為1.8mol/L。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相 同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二所述 溶劑熱反應溫度為160°C。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟二所述 溶劑熱反應時間為6h。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟三所述 的干燥溫度為120°C、時間為lh。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟三所述 的升溫速率10°c /min。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟三所述 在350°C條件下保溫2h。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式利用兩相分離的水解-溶劑熱法可控合成非金屬離 子摻雜納米二氧化鈦的方法按以下方法實現(xiàn)一、將鈦酸丁酯與甲苯按1:3的體積比混合 后攪拌30min，得到有機相；二、將濃度為1. 8mol/L的氨水的水溶液、硫脲水溶液或硫化鈉 水溶液作為水相加入到高壓反應釜內，再將有機相裝入U形槽后置于非金屬離子的水溶液 (水相)中，非金屬離子的水溶液液面位于U形槽頂端面之下，然后蓋上釜蓋，然后在160°C下 溶劑熱反應6h，冷卻至室溫，過濾；三、將在120°C條件下，將步驟二過濾得到的沉淀物用二 甲基硅油油浴干燥lh，研磨，以10°C /min的升溫速率升溫至350°C，保溫2h，隨爐冷卻；即 得到非金屬離子摻雜納米二氧化鈦。采用XRD、DRS對本實施方式產品進行檢測，并用對羅丹明B降解來驗證本發(fā)明的 效果，結果如圖2、所述。由圖1可知，本實施方式得到的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的晶相為銳鈦礦 相。由圖3可知，與未經過摻雜的純樣品相比，本實施方式得到的非金屬離子摻雜納米二氧 化鈦的光響應范圍更寬、吸收更強。由圖4可知，在對羅丹明B水溶液的可見光催化降解(羅 丹明B溶液濃度為20mg/L，溶液體積為100ml，加入催化劑0. 2g，光源為150W氙燈，燈與催 化裝置的距離為IOcm)中，本實施方式獲得的非金屬離子摻雜納米二氧化鈦表現(xiàn)出了高的 可見光催化活性，遠遠超過未經非金屬離子摻雜(其他合成條件一致)的純銳鈦礦相納米二 氧化鈦以及商品P25 二氧化鈦，說明本實施方式方式獲得非金屬離子摻雜納米二氧化鈦可 見光催化活性好。
權利要求
利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征在于利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法按以下步驟實現(xiàn)的一、將鈦酸丁酯與甲苯按1:3的體積比混合后攪拌20~40min，得到有機相；二、將濃度為1.5~2.0mol/L的非金屬離子的水溶液加入到高壓反應釜內，再將有機相裝入U形槽后置于非金屬離子的水溶液中，非金屬離子的水溶液液面位于U形槽頂端面之下，然后蓋上釜蓋，然后在140~180℃下溶劑熱反應5~7h，冷卻至室溫，過濾；三、將在100~140℃條件下，將步驟二過濾得到的沉淀物用二甲基硅油油浴干燥1h，研磨，以5~15℃/min的升溫速率升溫至300~400℃，保溫1~3h，隨爐冷卻；即得到非金屬離子摻雜納米二氧化鈦。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二 氧化鈦的方法，其特征在于步驟一中所述的攪拌時間為30min。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的利用相分離_水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納 米二氧化鈦的方法，其特征在于步驟二所述的非金屬離子水溶液為氨水溶液、硫脲水溶液 或硫化鈉水溶液。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二 氧化鈦的方法，其特征在于步驟二所述非金屬離子的水溶液的濃度為1. 8mol/L。
5.根據(jù)權利要求1、2或4所述的利用相分離_水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻 雜納米二氧化鈦的方法，其特征在于步驟二所述溶劑熱反應溫度為160°C。
6.根據(jù)權利要求5所述的利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二 氧化鈦的方法，其特征在于步驟二所述溶劑熱反應時間為6h。
7.根據(jù)權利要求1、2、4或6所述的利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子 摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征在于步驟三所述的干燥溫度為120°C。
8.根據(jù)權利要求7所述的利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二 氧化鈦的方法，其特征在于步驟三所述的升溫速率10°C /min。
9.根據(jù)權利要求1、2、4、7或8所述的利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬 離子摻雜納米二氧化鈦的方法，其特征在于步驟三所述在350°C條件下保溫2h。
全文摘要
利用相分離-水解溶劑熱法可控合成非金屬離子摻雜納米二氧化鈦的方法，它涉及一種非金屬離子摻雜納米二氧化鈦合成方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的納米二氧化鈦的非金屬離子摻雜方法的摻雜效率低、工藝復雜、成本高、普適性差的問題。本發(fā)明方法如下一、將鈦酸丁酯與甲苯混合后攪拌，得有機相；二、將非金屬離子的水溶液加入到高壓反應釜內，再將有機相裝入U形槽后置于非金屬離子的水溶液中，蓋蓋，溶劑熱，冷卻，過濾；三、油浴干燥，焙燒；即得到非金屬離子摻雜納米二氧化鈦。本發(fā)明方法工藝簡單、摻雜效率高、成本低、適用面廣，并且所得到的納米二氧化鈦晶化度高、可見光催化活性好，用于可見光催化降解有機污染物。
文檔編號B01J27/04GK101884939SQ20101024606
公開日2010年11月17日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權日2010年8月5日
發(fā)明者井立強, 付宏剛, 欒云博, 謝明政 申請人:黑龍江大學