一種以離子液體為磷源合成磷摻雜氧化鈦光催化劑的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬光催化劑制備領域，尤其涉及一種以離子液體為磷源合成磷摻雜氧化鈦光催化劑的方法。
【背景技術】
[0002]當今社會，能源危機和環(huán)境污染成為阻礙人類進步的關鍵問題【邱明艷，張?zhí)煊溃畋虻?材料導報A:綜述篇，2012，26 (3):48-52.】，光催化技術在環(huán)境凈化和能源轉化方面具有廣泛的應用前景。作為經典的光催化劑，氧化鈦因其無毒、穩(wěn)定性好、催化活性高等優(yōu)點廣泛應用于光催化降解有機物和光催化制氫領域。但是，氧化鈦帶隙較大(3.2eV)，只能吸收波長小于380nm的紫外光，對于占太陽光譜43%的可見光未充分利用，通過摻雜非金屬來改善氧化鈦的光催化性能稱為學者研宄的熱點。研宄表明，將P摻雜到氧化欽中可以提尚催化劑的表面積，減小晶粒的尺寸，有效提尚光催化劑的活性。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，成本低，利于控制材料形貌，成核率高，目的產物光催化效果明顯的以離子液體為磷源合成磷摻雜氧化鈦光催化劑的方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。
[0004]一種以離子液體為磷源合成磷摻雜氧化鈦光催化劑的方法，可按如下步驟實施。
[0005](I)咪唑磷酸二氫鹽型離子液體制備。
[0006]將N-甲基咪唑溶于去離子水中，滴加磷酸，攪拌；將混合液中的水和未反應的原料脫除，得到的淺黃色粘稠液體，即為咪唑磷酸二氫鹽型離子液體。
[0007](2)目的產物制備。
[0008]取鈦酸正丁酯溶于乙醇溶液中，記為溶液A ;另取咪唑磷酸二氫鹽、乙醇、乙酸和水混合均勻，記為溶液B ;將溶液B滴加到溶液A中，形成透明的凝膠；將所述凝膠恒溫干燥，得到干凝膠顆粒，研磨成粉末后焙燒，即可得目的產物磷摻雜氧化鈦光催化劑。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟(I)中，N-甲基咪唑的加入量為0.5?I mol。
[0010]進一步地，本發(fā)明所述步驟(I)中，N-甲基咪唑與磷酸的摩爾比為1:1。
[0011]進一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中，取20 mL的鈦酸正丁酯溶于80 mL的乙醇溶液中，記為溶液A ;另取0.20?0.28g的咪唑磷酸二氫鹽、20 mL的乙醇、15mL的乙酸和7mL的水混合均勻，記為溶液B。
[0012]進一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中，攪拌狀態(tài)下將溶液B滴加入溶液A中。
[0013]進一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中，將所述凝膠在110?130°C下恒溫干燥12h，得到干凝膠顆粒。
[0014]進一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中，將干凝膠顆粒在研缽中研磨成粉末后于500°C下焙燒3?5 h，即可得目的產物磷摻雜氧化鈦光催化劑。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明工藝簡單，成本低，利于控制材料形貌，成核率高，目的產物光催化效果明顯，在紫外光的照射下，120 min可使99%的羅丹明B降解。制得的產品純度高達99.8%，有望大批量生產。
[0016]離子液體作為一種新型的反應介質，具有傳統(tǒng)的溶劑不具備的較低的揮發(fā)性，較好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，其在無機材料合成與晶體生長等方面具有良好的應用前景。在材料的合成中離子液的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面:(I)較小的蒸汽壓可以更好的維持反應液的濃度；(2)離子液體具有較小的界面張力，有較高的成核率；(3)界面能低，在液態(tài)時具有較強的形成氫鍵的能力，可形成高度有序的結構，有利于控制材料的形貌。在應用離子液體合成材料的過程中，離子液體往往僅起到溶劑的作用，較少直接作為反應物參與材料的合成。在本發(fā)明中，合成了咪唑磷酸二氫鹽型離子液體，將其作為P源制備磷摻雜的氧化鈦，在催化劑的制備過程中離子液體既是反應物又可對催化劑的形貌等進行調控。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不僅局限于下列內容的表述。
[0018]圖1是本發(fā)明所制樣品的X射線衍射(XRD)譜圖。
[0019]圖2a是T12樣品的形貌照片。
[0020]圖2 b是Ti02/P樣品的形貌照片。
[0021]圖2c是Ti02/P(IL)樣品的形貌照片。
[0022]圖3是樣品的紫外-可見吸收光譜。
[0023]圖4是在紫外光的照射下，以羅丹明B的水溶液為目標降解物各樣品的光催化性能比較圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1是本發(fā)明所制樣品的X射線衍射(XRD)譜圖；圖中T12代表相同條件下制備的氧化鈦，Ti02/P代表以磷酸二氫鈉為磷源制備的摻P氧化鈦，Ti02/P (IL)為以咪唑磷酸二氫鹽為P源制備的摻P氧化鈦。圖2是樣品的形貌照片。其中，圖2a為1102;圖213為Ti02/P，圖2c為Ti02/P(IL)。圖3是樣品的紫外-可見吸收光譜。圖4是在紫外光的照射下，以羅丹明B的水溶液為目標降解物各樣品的光催化性能比較圖。
[0025]實施例1。
[0026]將0.5 mol的N-甲基咪唑溶于100 mL的去離子水中，按摩爾比1:1滴加磷酸，在60°C下攪拌2h。采用旋轉蒸發(fā)儀將混合液中的水和未反應的原料脫除，得到的淺黃色粘稠液體即為咪唑磷酸二氫鹽型離子液體。取20 mL的鈦酸正丁酯溶于80 mL的乙醇溶液中，記為溶液A。另取0.20g的咪唑磷酸二氫鹽和20 mL的乙醇和15mL的乙酸和7 mL的水混合均勻，記為溶液B。攪拌狀態(tài)下將溶液B滴加到溶液A中，形成透明的凝膠。將凝膠在110°C下恒溫干燥12h，得到干凝膠顆粒，在研缽中研磨成粉末后于500°C下焙燒3 ho即可得到磷摻雜氧化鈦光催化劑。
[0027]實施例2。
[0028]將0.6 mol的N-甲基咪唑溶于100 mL的去離子水中，按摩爾比1:1滴加磷酸，在60°C下攪拌2h。采用旋轉蒸發(fā)儀將混合液中的水和未反應的原料脫除，得到的淺黃色粘稠液體即為咪唑磷酸二氫鹽型離子液體。取20 mL的鈦酸正丁酯溶于80 mL的乙醇溶液中，記為溶液A。另取0.20g的咪唑磷酸二氫鹽和20 mL的乙醇和15mL的乙酸和7 mL的水混合均勻，記為溶液B。攪拌狀態(tài)下將溶液B滴加到溶液A中，形成透明的凝膠。將凝膠在110°C下恒溫干燥12h，得到干凝膠顆粒，在研缽中研磨成粉末后于500°C下焙燒3 ho即可得到磷摻雜氧化鈦光催化劑。
[0029]實施例3。
[0030]將0.7 mol的N-甲基咪唑溶于100 mL的去離子水中，按摩爾比1:1滴加磷酸，在60°C下攪拌2h。采用旋轉蒸發(fā)儀將混合液中的水和未反應的原料脫除，得到的淺黃色粘稠液體即為咪唑磷酸二氫鹽型離子液體。取20 mL的鈦酸正丁酯溶于80 mL的乙醇溶液中，記為溶液A。另取0.20g的咪唑磷酸二氫鹽和20 mL的乙醇和15mL的乙酸和7 mL的水混合均勻，記為溶液B。攪拌狀態(tài)下將溶液B滴加到溶液A中，形成透明的凝膠。將凝膠在110°C下恒溫干燥12h，得到干凝膠顆粒，在研缽中研磨成粉末后于500°C下焙燒3 ho即可得到磷摻雜氧化鈦光催化劑。
[0031]實施例4。
[0032]將0.5 mol的N-甲基咪唑溶于100 mL的去離子水中，按摩爾比1:1滴加磷酸，在60°C下攪拌2h。