一種可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的原位摻雜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的原位摻雜制備方法，屬于光催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦(T12)是一種寬禁帶半導(dǎo)體，在光照作用下，可以將絕大多數(shù)有機(jī)物礦化成為二氧化碳和水，因此在室內(nèi)空氣污染、水體凈化、抗菌除臭等環(huán)保領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但是，T12的本征禁帶寬度為3.2eV，只能利用紫外光進(jìn)行反應(yīng)，因此限制了該類材料的在日常生活中的使用。因此，對(duì)T12進(jìn)行改性，使其具有可見(jiàn)光活性，是推廣T12光催化材料應(yīng)用領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。
[0003]在T12的改性方法中，離子摻雜是其中簡(jiǎn)便有效的手段。研究表明，由于能夠同時(shí)在T12價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底的位置同時(shí)引入雜質(zhì)能級(jí)，金屬元素與氮元素共摻雜T12能夠表現(xiàn)出比單組分摻雜T12更高的可見(jiàn)光催化活性，同時(shí)合適濃度的金屬離子能夠成為電子的捕獲中心，提高光生載流子的分離效率。Hongqi Sun,Guanliang Zhou,Shizhen Liu，et al.，Chemical Engineering Journal，2013(231): 18-25.在400°C下經(jīng)過(guò)4h的高溫處理制備了N與Fe、N1、Ag、Pt共摻雜的納米T12粉體，降解實(shí)驗(yàn)表明了共摻雜T12比單組分摻雜T12具有更高的可見(jiàn)光催化活性。D.Dolat，S.Mozia，R.J Jrobel，et al.,Applied Catalysis B:Environmental，2015( 162):310-318.將反應(yīng)前驅(qū)體在800°C下處理4h制備了N與Fe、Co、Ni共摻雜的T12粉體以及相應(yīng)的單摻雜T12粉體，通過(guò)測(cè)定醋酸降解實(shí)驗(yàn)中C02的生成速率，發(fā)現(xiàn)共摻雜T12相比單摻雜T12具有更優(yōu)異的可見(jiàn)光活性。
[0004]但是，目前N與金屬元素共摻雜T12的制備多需要高溫加熱，不僅能耗高，同時(shí)高溫會(huì)引起二氧化鈦的團(tuán)聚，降低性能，且熱處理制備的T12為粉體，而粉體在實(shí)際使用中又需要進(jìn)行分散或負(fù)載，不僅增加了處理步驟，同時(shí)分散劑的加入又會(huì)引起包覆等現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低產(chǎn)品性能。因此，開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單、不需高溫處理、能夠直接使用的可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的制備方法，對(duì)于推廣二氧化鈦光催化材料在日常生活中的應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、不需高溫處理、易于使用的可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的原位摻雜制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的原位摻雜制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:將一定量的鈦源加入IL水中配置出0.3?1.5mo I/L的鈦離子溶液，然后以鈦離子摩爾量為基準(zhǔn)，往溶液中加入100?400%的氮摻雜源，0.5?2%的金屬摻雜源，0.5?1.5%的摻雜助劑，100?300%的沉淀劑，攪拌Ih得到反應(yīng)前驅(qū)液；
[0009]步驟2:將步驟I中的前驅(qū)液用去離子水離心洗滌5次得到沉淀，向沉淀中加入去離子水，定容至1L，然后加入鈦離子摩爾量0.5?2%的膠溶助劑，之后滴加鈦離子摩爾量I?3%的膠溶劑至生成透明溶膠；
[0010]步驟3:將步驟2中得到的溶膠加入密閉水熱反應(yīng)釜進(jìn)行晶化反應(yīng)，即得到可見(jiàn)光催化活性的二氧化鈦。
[0011]進(jìn)一步，所述鈦源為硫酸氧鈦、四氯化鈦或鈦酸四丁酯中的一種。
[0012]進(jìn)一步，所述氮摻雜源為尿素、三乙胺或硝基胍中的一種。
[0013]進(jìn)一步，所述金屬摻雜源為硫酸亞鐵或硝酸鎳中的一種。
[0014]進(jìn)一步，所述摻雜助劑為十二烷基羥丙基磺基甜菜堿、十二烷基乙氧基磺基甜菜堿或十二烷基磺丙基甜菜堿中的一種。
[0015]進(jìn)一步，所述沉淀劑為KOH或碳酸鈉中的一種。
[0016]進(jìn)一步，所述膠溶助劑為乙二醇或丙三醇中的一種。
[0017]進(jìn)一步，所述膠溶劑為草酸。
[0018]進(jìn)一步，水熱晶化溫度為50?80°C，時(shí)間為0.5?3h。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]I)通過(guò)控制水熱結(jié)晶過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了水熱合成的同步氮摻雜，在低溫水熱條件下實(shí)現(xiàn)了氮元素及金屬元素的原位共摻雜，所制備的材料具有良好的可見(jiàn)光光催化性能，避免了傳統(tǒng)高溫?zé)崽幚砉に囍苽涞敖饘贀诫s二氧化鈦造成的團(tuán)聚及晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，同時(shí)可以有效降低生產(chǎn)成本。
[0021]2)通過(guò)同步氮摻雜工藝，一步法制備了可以直接使用的可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦溶膠，避免了傳統(tǒng)二氧化鈦光催化粉體材料在二次分散過(guò)程中由于引入分散劑導(dǎo)致的助劑包覆和難以單分散等問(wèn)題，保證可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的性能的充分發(fā)揮，具有良好的適用性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中:
[0023]圖1是實(shí)施例1所制備的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠的XRD圖。
[0024]圖2是實(shí)施例2所制備的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠的Uv-vis吸收光譜圖。
[0025]圖3是實(shí)施例1所制備的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠的透射電子顯微鏡照片。
[0026]附圖4為實(shí)施例1所合成的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠噴涂成膜后，在可見(jiàn)光下對(duì)苯的去除效果數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0028]—種可見(jiàn)光響應(yīng)二氧化鈦的原位摻雜制備方法，包括以下步驟:
[0029]步驟I:將一定量的硫酸氧鈦、四氯化鈦、鈦酸四丁酯中的一種混合入IL水中配置出0.3?1.5mol/L的鈦離子溶液，然后以鈦離子摩爾量為基準(zhǔn)，往溶液中加入100?400%的氮摻雜源(尿素、三乙胺、硝基胍中的一種)，0.5?2%的金屬摻雜源(硫酸亞鐵、硝酸鎳中的一種)，0.5?1.5%的慘雜助劑(十一■燒基輕丙基橫基甜采喊、十一■燒基乙氧基橫基甜采喊、十二烷基磺丙基甜菜堿中的一種)，100?300%的沉淀劑(Κ0Η、碳酸鈉中的一種)，攪拌Ih得到反應(yīng)前驅(qū)液；
[0030]步驟2:將步驟I中的前驅(qū)液用去離子水離心洗滌5次，得到沉淀，向沉淀中加入去離子水，定容至1L，然后加入鈦離子摩爾量0.5?2%的膠溶助劑(乙二醇、丙三醇的一種)，之后滴加鈦離子摩爾量I?3%的草酸至生成透明溶膠；
[0031]步驟3:將步驟2中得到的溶膠加入密閉水熱反應(yīng)釜進(jìn)行晶化反應(yīng)，其中，水熱晶化條件為:溫度為50?80°C，時(shí)間為0.5?3h。
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]取0.3mol的硫酸氧鈦加入IL水中得到鈦離子溶液，然后以鈦離子摩爾量為基準(zhǔn)，往溶液中加入100 %的尿素，0.5 %的硫酸亞鐵，0.5 %的十二烷基羥丙基磺基甜菜堿，100 %的Κ0Η，攪拌Ih將前驅(qū)液離心洗滌5次，得到沉淀，向沉淀中加入去離子水，定容至1L，然后加入鈦離子摩爾量0.5%的乙二醇，之后滴加鈦離子摩爾量I %的草酸生成透明溶膠，然后將溶膠在密閉水熱釜中加熱至80°C晶化2h得到具有可見(jiàn)光催化活性的二氧化鈦。
[0035]圖1所示為實(shí)施例1所制備的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠的XRD圖，圖1可見(jiàn)，制備的二氧化鈦為光催化活性較高的銳鈦礦相，結(jié)晶良好，沒(méi)有其他雜相，證明合成工藝穩(wěn)定性良好。
[0036]圖3所示為實(shí)施例1所制備的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠的透射電子顯微鏡照片，如圖所示，所制得的納米二氧化鈦分散均勻，主要以長(zhǎng)約lOOnm，寬約20nm的梭形溶膠顆粒存在，顆粒幾乎全部以單分散形式存在，具有良好的分散性，有效避免了二次分散帶來(lái)的包覆等問(wèn)題，一步制備了可以直接作為光催化產(chǎn)品使用的光催化溶膠。
[0037]附圖4為實(shí)施例1所合成的氮鐵共摻雜二氧化鈦溶膠噴涂成膜后，在可見(jiàn)光下對(duì)苯的去除效果數(shù)據(jù)，由圖可見(jiàn)，該溶膠成膜后，4h可以將20ppm的苯完全降解，有良好的可見(jiàn)光光催化性能，在環(huán)境凈化領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。
[0038]實(shí)施例2:
[0039]取0.5mol的四氯