一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明涉及光催化剂合成，旨在提供一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法。该种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法包括步骤：取钛源与锆源溶入HF中，装釜放于烘箱中水热处理，然后将所得物洗涤后，放入硫酸中进行磺化处理，对得到的固体进行洗涤、干燥，即制得Zr掺杂TiO2的高效光催化剂。本发明通过对Zr掺杂TiO2制得的高效光催化剂，对水中污染物具有很高的降解率，更为经济环保；同时制得的颗粒粒径最小可达到2nm，比表面积非常大，再加之酸中心，使得催化活性非常高，甚至对于2～50ppm的有机物都有大于90％的降解率。
【专利说明】
一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法
技术领域
[0001]本发明是关于光催化剂合成领域，特别涉及一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着人类社会的进步，化石燃料被大量燃烧，能源问题越来越严峻。因此，人类迫切的需要利用新能源来解决能源危机，实现可持续发展。T12是1972年发现的一种新型的光催化剂，具有无毒无害、稳定性好、光催化活性高，在常温常压下能使有机物完全分解、彻底矿化等特点，因此受到了研究人员的重视。
[0003]人们在T12的制备方法、掺杂改性等方面进行了大量的研究工作。一般来讲，掺杂贵金属的催化活性一般较好，但是成本高，显得不那么经济。现有技术一般采用浸渍法，溶胶-凝胶法等，存在着过程复杂，难以重复，且降解过程需要在酸性环境中等诸多问题，在实际应用中还需要改进。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种对水中污染物降解率高、经济环保的光催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是:
[0005]提供一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法，具体包括下述步骤:
[0006]取钛源与锆源溶入到浓度为0.02?5M的HF中，装釜，放于烘箱中在100?300°C下水热处理10?40h;然后将所得物洗涤后，放入浓度为0.01?5M的硫酸中进行磺化处理，对得到的固体进行洗涤、干燥，即制得Zr掺杂T12的高效光催化剂；
[0007]其中，钛源、错源的添加比例为使所含Ti与Zr的摩尔比为1:2?20:1；
[0008]所述钛源采用P25、金红石纯相、锐钛矿纯相、钛酸四丁酯或异丙醇钛中的任意一种；
[0009]所述锆源采用氧化锆、氧氯化锆、硅酸锆或氢氧化锆中的任意一种。
[0010]在本发明中，所述磺化处理时进行I?30h的搅拌操作。
[0011 ]在本发明中，所述制得的Zr掺杂T12的高效光催化剂的粒径在2?5000纳米之间。
[0012]提供一种所述Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的用途，Zr掺杂T12的高效光催化剂能用于降解水中的甲苯、苯酚、苯胺、4-氯苯酚、硝基苯、苯、乙苯、2，4，6_三氯酚、丙烯腈、邻苯二甲酸二辛脂、2，4，6_三氯酚、邻苯二甲酸二丁脂、间-甲酚、2，4_ 二硝基氯苯、邻-二氯苯、对-二氯苯、对-硝基氯苯等有机污染物。
[0013]本发明的工作原理:通过Ti和Zr的化合物在HF中水热处理，磺化之后制得光催化剂。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]本发明通过对Zr掺杂T12制得的高效光催化剂，对水中污染物具有很高的降解率，更为经济环保；同时制得的颗粒粒径最小可达到2nm，比表面积非常大，再加之酸中心， 使得催化活性非常高，甚至对于2?50ppm的有机物都有大于90%的降解率。
【附图说明】
[0016]图1为样品的电镜照片。
[0017]图2为样品的XRD谱图。
[0018]图3为样品的IR谱图。
[0019]图4为样品的拉曼谱图。
[0020]图5为样品的电镜照片。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0022]下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0023]实施例1
[0024]将P25与氧化锆以T1:Zr=l:2的摩尔比溶入到浓度为0.02M的HF中，装釜，在200°C的烘箱中水热处理I Oh后，将得到的固体洗涤，之后放入浓度为5M的硫酸中搅拌，磺化15h。将得到的固体进行洗涤，干燥，得到Zr掺杂T12的光催化剂。电镜照片如图1。
[0025]实施例2
[0026]将金红石纯相与氧氯化锆以T1:Zr = 20:1的摩尔比溶入到浓度为5M的HF中，装釜，在300 °C烘箱中水热处理40h后，将得到的固体洗涤，之后放入浓度为0.0IM的硫酸中搅拌磺化30h。将得到的固体进行洗涤，干燥，得到Zr掺杂T12的光催化剂。XRD谱图如图2。
[0027]实施例3
[0028]将锐钛矿纯相与硅酸锆以T1: Zr = 5: 3的摩尔比溶入到浓度为3M的HF中，装釜，在100°(:烘箱中水热处理25h后，将得到的固体洗涤，之后放入浓度为2.5M的硫酸中搅拌磺化lh。将得到的固体进行洗涤，干燥，得到Zr掺杂T12的光催化剂。IR谱图如图3。
[0029]实施例4
[0030]将钛酸四丁酯与氢氧化锆以T1:Zr=10:1的摩尔比溶入到浓度为2.5M的HF中，装釜，在100°C烘箱中水热处理24h后，将得到的固体洗涤，之后放入浓度为5M的硫酸中搅拌磺化10h。将得到的固体进行洗涤，干燥，得到Zr掺杂T12的光催化剂。拉曼谱图如图4。
[0031]实施例5
[0032]将异丙醇钛与氢氧化锆以T1:Zr= 7:1的摩尔比溶入到浓度为IM的HF中，装釜，在160 0C烘箱中水热处理12h后，将得到的固体洗涤，之后放入浓度为0.0IM的硫酸中搅拌磺化10h。将得到的固体进行洗涤，干燥，得到Zr掺杂T12的光催化剂。焚光谱图如图5。
[0033]用途实施例
[0034]将上述实施例制得的Zr掺杂T12的光催化剂10mg，在350W氙灯提供的可见光下，室温降解50ml的2ppm?50ppm的甲苯、苯酸、苯胺、4-氯苯酸、硝基苯、苯、乙苯、2，4，6-三氯酚、丙烯腈、邻苯二甲酸二辛脂、2，4，6_三氯酚、邻苯二甲酸二丁脂、间-甲酚、2，4_ 二硝基氯苯、邻-二氯苯、对-二氯苯、对-硝基氯苯的水溶液中，均有大于90 %的降解率，证明该方法制得的材料是一种高效的光催化剂。
[0035]最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括下述步骤: 取钛源与锆源溶入到浓度为0.02?5M的HF中，装釜，放于烘箱中在100?300°C下水热处理10?40h;然后将所得物洗涤后，放入浓度为0.01?5M的硫酸中进行磺化处理，对得到的固体进行洗涤、干燥，即制得Zr掺杂T12的高效光催化剂； 其中，钛源、锆源的添加比例为使所含Ti与Zr的摩尔比为1:2?20:1; 所述钛源采用P25、金红石纯相、锐钛矿纯相、钛酸四丁酯或异丙醇钛中的任意一种； 所述锆源采用氧化锆、氧氯化锆、硅酸锆或氢氧化锆中的任意一种。2.根据权利要求1所述的一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法，其特征在于，所述磺化处理时进行I?30h的搅拌操作。3.根据权利要求1所述的一种Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制得的Zr掺杂T12的高效光催化剂的粒径在2?5000纳米之间。4.一种权利要求1所述Zr掺杂二氧化钛的高效光催化剂的用途，其特征在于，Zr掺杂Ti〇2的高效光催化剂能用于降解水中的甲苯、苯酸、苯胺、4-氯苯酸、硝基苯、苯、乙苯、2，4，6-三氯酚、丙烯腈、邻苯二甲酸二辛脂、2，4，6_三氯酚、邻苯二甲酸二丁脂、间-甲酚、2，4_ 二硝基氯苯、邻-二氯苯、对-二氯苯、对-硝基氯苯等有机污染物。
【文档编号】C02F101/36GK106000373SQ201610374104
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】王亮, 马润苑, 张建, 肖丰收
【申请人】浙江大学