一種光催化材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種光催化材料的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法通過(guò)溶膠凝膠法制備納米TiO2，并且摻雜Co(NO3)2*6H2O以及硅藻土，主要原理是摻雜Co(NO3)2*6H2O可以降低TiO2的晶粒尺寸，提高其分散性，并且降低禁帶寬度，提高光吸收邊長(zhǎng)，從而提高光催化性。而同時(shí)摻雜硅藻土的目的是因?yàn)椋柙逋潦谴罂捉Y(jié)構(gòu)，TiO2會(huì)吸附在硅藻土的孔徑上，從而增加了比表面積，進(jìn)而獲得更優(yōu)良的吸光度。本發(fā)明所述方法制備得到的光催化材料具有很低的禁帶寬度，很高的光吸收帶邊，很好的光響應(yīng)范圍，其光生電子空穴對(duì)復(fù)合率低，光生電子利用率高，制備工藝簡(jiǎn)單，所需設(shè)備較少，成本較低，并且制備出的TiO2粉體性能穩(wěn)定，在光催化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種光催化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化材料的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]T12在自然界中存在三種相:金紅石相、銳鈦礦相和板鈦礦相，板鈦礦和銳鈦礦相是亞穩(wěn)態(tài)，它們是T12中的低溫相;金紅石相是熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)，是T12的高溫相，銳鈦礦相和板鈦礦相得到金紅石相的轉(zhuǎn)化溫度一般為500?600 °C。從銳鈦礦到金紅石的相變是亞穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)定態(tài)的不可逆相變，不存在特定的相變溫度，通常有較寬的相變溫度范圍。
[0003]銳鈦礦相的T12具有比金紅石相的T12具有更好的光催化性能，尤其是當(dāng)顆粒尺寸下降到納米級(jí)以后，其光催化特性更加顯著，是在環(huán)保和光電池材料方面有廣闊應(yīng)用前景的光催化材料，但是其光催化性能有兩個(gè)重要瓶頸因素影響其應(yīng)用，一是T12的能隙較寬(3.2eV)，需要吸收387 nm以下的紫外線才能被激發(fā)，所以只能吸收大概5%太陽(yáng)光。所以長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直致力于拓寬T12的吸收光譜。二是T12電子與空穴的復(fù)合率較高。電子與空穴的復(fù)合率高會(huì)嚴(yán)重的影響其催化性能?，F(xiàn)在主要有二方面的方法解決這二種瓶頸，一個(gè)方面是采用表面修飾改性手段，如離子摻雜、貴金屬沉積、有機(jī)染料敏化及與窄帶隙半導(dǎo)體耦合等對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體材料(Ti02、Zn0等)進(jìn)行改性。另一個(gè)方面是從納米半導(dǎo)體材料的晶相結(jié)構(gòu)、粒徑大小、表面屬性等材料合成角度出發(fā)，試圖通過(guò)合成新型的納米級(jí)的T12材料來(lái)使其可實(shí)用化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種光催化材料的制備方法，通過(guò)金屬離子的摻雜來(lái)提高T12的吸收帶邊，降低禁帶寬度，并且析出第二相提高二氧化鈦從銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變的相變溫度，以及摻雜硅藻土來(lái)作為吸附劑，制備出納米級(jí)T12,具體包括以下步驟:
(I)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1:3?1: 5的比例將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液。
[0005](2 )按硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:4?6:18?20的比例將硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液。
[0006](3)按8?10g/L的比例將Co(N03)2*6H20以及按照30~35g/L的比例將硅藻土溶于B液以得到C液，接著攪拌均勻，將A液與C液按照體積比為10: 6?9的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完畢后進(jìn)行攪拌I?2小時(shí)。
[0007](4)將該溶膠在室溫下靜置陳化48?72小時(shí)，進(jìn)行干燥、煅燒、研磨后，即可得到摻雜二氧化鈦粉末。
[0008]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(4)中所述干燥的條件為80°0100°C下干燥48?72小時(shí)。
[0009]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(4)中所述煅燒條件為從室溫以4-60C/min升溫到95°0105°C，然后以 6-8°C/min 升溫到 195°0205°C，在 195°0205°C 保溫 10~15min;之后以 8-9°C/min升溫到 395°C~405°C，在 395°C~405°C 保溫 10?15min;之后再以 8-9°C/min 升溫到 495°0505°C ;再以5-6°C/min升溫到650~850°C，并保溫30~40min。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:
(I)本發(fā)明所述方法制備工藝簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備較少，成本較低。
[0011](2)本發(fā)明所述方法制備得到的光催化材料光吸收性能好，吸光范圍較寬，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高，并且吸收紫外線的能力強(qiáng)，光催化性能比較好。
[0012](3)本發(fā)明摻雜時(shí)加入了硅藻土作為吸附劑，由于硅藻土是大孔結(jié)構(gòu)，T12會(huì)吸附在它的孔徑上，從而增加了比表面積，從而獲得更好的吸光度。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0015]實(shí)施例1
(I)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1:3的比例，將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液。
[0016](2)按硝酸(質(zhì)量百分比濃度為70%)、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:4:18的比例將硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液。
[0017](3)按8g/L的比例將Co(N03)2*6H20以及按照35g/L的比例將硅藻土溶于B液以得到C液，接著在磁力攪拌機(jī)上攪拌均勻，將A液與C液按照體積比為10:9的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完畢后進(jìn)行攪拌I小時(shí)；
(4)將該溶膠在室溫下靜置陳化48小時(shí)，然后放入干燥箱中于80 °C下干燥72小時(shí)。
[0018](5)取出干凝膠在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨。
[0019](6)將步驟(5)得到的粉末放入燒結(jié)爐中從室溫以4°C/min升溫到95°C，然后以6°C/min 升溫到 195°C，在 195°C 保溫 1min;之后以 8°C/min 升溫到 395°C，在395°C 保溫 15min;之后再以8°C/min升溫到495°C;再以5°C/min升溫到650°C，并保溫30min然后隨爐冷卻，SP
得到摻雜二氧化鈦粉末。
[0020]本法制備的摻雜Co(N03)2*6H20和一定硅藻土的二氧化鈦粉末在550°C時(shí)表現(xiàn)為73.5wt%板鈦礦相和26.5的%銳鈦礦相兩相共存，而在650 °C時(shí)則出現(xiàn)24.5wt%的金紅石相。隨著溫度由550°C升高到650°C，其吸收帶邊由446nm降到440nm，禁帶寬度由2.80ev升高到2.82ev。其吸收帶邊較高，禁帶寬度較小，說(shuō)明其光吸收性能好，吸光范圍較寬，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高，并且吸收紫外線的能力更強(qiáng)，有著比較優(yōu)良的光催化性能。
[0021]實(shí)施例2
(I)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1:5的比例，將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液。
[0022](2)按硝酸(質(zhì)量百分比濃度為75%)、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:6:20的比例將硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液。
[0023](3)按10g/L的比例將Co(N03)2*6H20以及按照30g/L的比例將硅藻土溶于B液以得至IjC液，接著在磁力攪拌機(jī)上攪拌均勻，將A液與C液按照體積比為5:3的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完畢后進(jìn)行攪拌2小時(shí)；
(4)將該溶膠在室溫下靜置陳化72小時(shí)，然后放入干燥箱中于100°C下干燥48小時(shí)，取出干凝膠在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨。
[0024](5)將步驟(4)得到的粉末放入燒結(jié)爐中從室溫以6°C/min升溫到105°C，然后以8°C/min 升溫到 205°C，在 205°C 保溫 15min;之后以 9°C/min 升溫到 405°C，在405°C 保溫 15min;之后再以9°C/min升溫到505°C;再以6°C/min升溫到850°C，并保溫40min然后隨爐冷卻，SP
得到摻雜二氧化鈦粉末。
[0025]本法制備的摻雜Co(N03)2*6H20和一定硅藻土的二氧化鈦粉末在550 °(:時(shí)表現(xiàn)為73.6wt%板鈦礦相和26.4的％銳鈦礦相兩相共存，在650 °C時(shí)出現(xiàn)25.8 wt%的金紅石相，在750 0C出現(xiàn)97.3wt%的金紅石相，在800 V時(shí)已完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相，而在850 V時(shí)有第二相NiT13析出。隨著溫度由550°C升高到850°C，其吸收帶邊由445nm降到421nm，禁帶寬度由2.82ev升高到2.88ev。其吸收帶邊較高，禁帶寬度較小，說(shuō)明其光吸收性能好，吸光范圍較寬，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高，并且吸收紫外線的能力更強(qiáng)，有著比較優(yōu)良的光催化性能。
[0026]實(shí)施例3
(I)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1:4的比例，將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液。
[0027](2)按硝酸(質(zhì)量百分比濃度為73%)、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:5:19的比例將硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液。
[0028](3)按9g/L的比例將Co(N03)2*6H20以及按照33g/L的比例將硅藻土溶于B液以得到C液，接著在磁力攪拌機(jī)上攪拌均勻，將A液與C液按照體積比為5: 4的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完畢后進(jìn)行攪拌1.5小時(shí)；
(4)將該溶膠在室溫下靜置陳化60小時(shí)，然后放入干燥箱中于90 0C下干燥60小時(shí)，取出干凝膠在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨。
[0029](5)將步驟(4)得到的粉末放入燒結(jié)爐中從室溫以5°C/min升溫到100°C，然后以7°(:/1^11升溫到200°(:，在200°(:保溫131^11;之后以8.5°(:/111丨11升溫到400°(:，在400°(:保溫13min;之后再以8.5°C/min升溫到500°C;再以5.5°C/min升溫到750°C，并保溫35min然后隨爐冷卻，即得到摻雜二氧化鈦粉末。
[0030]本法制備的摻雜Co(N03)2*6H20和一定硅藻土的二氧化鈦粉末在550°C時(shí)表現(xiàn)為76.2wt%板鈦礦相和23.8的％銳鈦礦相兩相共存，在650 °C時(shí)出現(xiàn)20.7 wt%的金紅石相，在750 0C出現(xiàn)91.8的％的金紅石相。隨著溫度由550 °C升高到750 °C，其吸收帶邊由448nm降到435nm，禁帶寬度由2.79ev升高到2.84ev。其吸收帶邊較高，禁帶寬度較小，說(shuō)明其光吸收性能好，吸光范圍較寬，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高，并且吸收紫外線的能力更強(qiáng)，有著比較優(yōu)良的光催化性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光催化材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (I)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1: 3?1: 5的比例將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液； (2 )按硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:4?6:18?20的比例將硝酸、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液； (3)按8?10g/L的比例將Co(N03)2*6H20以及按照30~35g/L的比例將硅藻土溶于B液以得至IjC液，接著攪拌均勻，將A液與C液按照體積比為10: 6?9的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完畢后進(jìn)彳丁攬摔I?2小時(shí)； (4)將該溶膠在室溫下靜置陳化48?72小時(shí)，進(jìn)行干燥、煅燒、研磨后即得到摻雜二氧化鈦粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化材料的制備方法，其特征在于:所述硝酸的質(zhì)量百分比濃度為70%?75%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化材料的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述干燥的條件為80 °0100 °C下干燥48?72小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化材料的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述煅燒條件為從室溫以4-6°C/min升溫到95°0105°C，然后以6-8°C/min升溫到195°C~205°C，在195°0205°C 保溫 10?15min;之后以 8-9°C/min 升溫到 395°0405°C，在 395°0405°C 保溫 10?15min;之后再以8-9°C/min升溫到495°C~505°C;再以5-6°C/min升溫到650?850°C，并保溫30?40mino
【文檔編號(hào)】B01J20/14GK106000371SQ201610328711
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】嚴(yán)繼康, 段志操, 姜貴民, 杜景紅, 甘國(guó)友, 易健宏
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)