一种N-F共掺杂TiO₂/竹炭复合光催化材料的生产方法

专利名称：一种N-F共掺杂TiO₂/竹炭复合光催化材料的生产方法
一种N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料的生产方法技术领域
本发明属于催化材料技术领域，涉及一种以竹炭为载体生产N-F (氮-氟)共掺杂 TiO2(二氧化钛)/竹炭复合光催化材料的方法，产品适用于室内空气净化、抗菌，冰箱内除异味、防霉，尤其是新装修房内的甲醛降解处理。
背景技术：
已知的生产光催化材料的方法主要有三类，一类是利用溶胶-凝胶法直接在载体表面制备TW2薄膜；二类是利用纳米TiA粉体分散成负载在载体表面的悬浮液；三类是利用无机凝胶或有机凝胶在玻璃球、金属丝等基体上负载纳米光催化材料。其中的一类方法，由于制备TW2光催化材料薄膜的原料溶胶-凝胶为无孔结构，活性偏低，且煅烧温度在500°C以上，这就加大了载体材料的耐高温要求；其中的二类方法，由于制备光催化材料的二次粒子与载体材料的结合强度不够，制备的催化材料很容易脱落，难以实施；而如果采用三类方法制备，则会由于无机凝胶或有机凝胶对纳米光催化材料的包裹作用，使得光催化材料表面大部分被覆盖，导致光催化效率大幅降低，此外，有机凝胶还会带来例如紫外线分解等负面影响。公开号分别为CN1593765A、CN1593747及CN1467023的三篇中国专利文献中，提供了多种负载型光催化材料的制备方法，但是这些方法都存在着工艺复杂、载体与 TiO2的结合强度偏弱，可见光条件下光催化活性偏低等问题。发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种以竹炭为载体生产N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料的方法，该方法工艺简单，易于工业化生产，产品可用于室内空气净化、抗菌、冰箱内除异味与防霉变，还可用于降解新装修房内的甲醛， 保护环境。
本发明的技术解决方案是，提供一种N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料的生产方法，该方法采用如下原料和工艺步骤制取N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料产品
(1)、采用竹炭作为载体，使用醋酸处理方法或水热处理方法清除该载体表面的杂质，扩大竹炭材料的表面积和内孔容积。其中所述醋酸处理方法是指在70 90°C温度条件下将所述竹炭置于质量分数为10 20%的醋酸中浸泡处理1 2次，每次处理时间 0. 2 Ih ；所述水热处理方法是指在1. OMI^a水蒸气压力条件下将所述竹炭置于蒸气室内蒸压0. 5 池。然后将经过上述处理的竹炭使用常规方法进行干燥处理；
(2)、依次按1 5 20重量比取TiOSO4 (硫酸氧钛)与H2O (水)为原料，将所述 TiOSO4溶于所述H2O中，使用常规方法过滤去除杂质和残渣，得澄清透明的TiOSO4溶液；
(3)、取步骤⑵所得TiOSO4溶液连续滴入烧杯中，不断搅拌并同时不断滴加 NH3 · H2O (氨水)，保持该烧杯中所盛溶液的pH值为8，至烧杯中生成Ti (OH) 4 (水合二氧化钛)沉淀，离心甩干处理所得Ti (OH) 4沉淀，然后将经过甩干处理的TiO (OH) 2沉淀使用去离子水洗涤3 4次；
0)、在步骤(3)所得经过去离子水洗涤的Ti (OH)4沉淀中加入该沉淀重量1 5倍的水均勻混合，使用常规方法打浆得Ti (OH)4浆体，使用常规分光光度法测定所得 Ti (OH) 4浆体中的Ti4+ (钛)的浓度；
(5)、将步骤(4)所得Ti (OH)4浆体使用常规方法配制成浓度为1 2%的Ti (OH)4 悬浊液，边搅拌边缓缓滴入所得Ti (OH)4悬浊液总重量5 10%重量百分比的H2A (过氧化氢)，再使用常规方法对所得含有H2A的Ti (OH) 4悬浊液实施至少24h陈化处理得澄清透明的TiO2溶胶；
(6)、在步骤(5)所得TiA溶胶中按TiA溶胶总重量的0. 01 0. 05%重量百分比加入NH4F (氟化铵)得含F_ (氟离子)的TiA溶胶，然后将所得含F_的TiA溶胶置于在 80 100°C温度条件下，使用常规方法实施水热反应6 12h，即得F_的掺杂比例为0. 01 0. 05%的F—掺杂纳米TiO2溶胶；
(7)、依次按1 1 10重量比取步骤(1)所得表面经过杂质清除处理的竹炭和步骤(6)所得F—掺杂纳米TiO2溶胶。将所取竹炭浸渍于所取F—掺杂纳米TiO2溶胶中，使用常规方法超声波处理10 30分钟，然后捞出竹炭置于80 90°C温度条件下进行干燥处理，再置于350 550°C队(氮气)气氛下焙烧1 4h即得N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料产品成品。
本发明的有益效果是
1、采用竹炭为载体，具有较高的表面积和较好的孔径分布，且吸附性能好；
2、N的掺杂可使T^2的吸收光谱向可见光谱拓展；F的掺杂可使F—取代02_进入 TiO2晶格，出现电荷不平衡，产生一个额外正电荷，并捕获光诱导产生的电子，从而使光诱导产生的空穴与表面吸附的H2O作用的几率增大，空穴与H2O反应生成羟基活性基团，从而提高光催化性能。N-F共掺杂所产生的有效协同效应，可拓展纳米T^2的光响应范围，使其在可见光条件下具有更高的光催化活性和抗菌性能，从而为T^2光催化剂的实际应用提供了新途径；
3、本发明将TiO2掺杂改性与TiO2负载技术结合进行研究，实现竹炭的吸附功能和共掺杂纳米TW2光催化性能的协同效应，解决了原竹炭产品只能吸附不能降解且易饱和失效的难题，提升了原竹炭的应用价值和产品附加值；
4、制备的掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料可回收再利用，且多次使用后仍具有较好的光催化活性。
具体实施方式
实施例1:
(1)、采用竹炭作为载体，在70 90°C温度条件下将竹炭置于质量分数为10%的醋酸中浸泡处理1次，每次处理时间0. 2 lh，然后将经过上述处理的竹炭使用常规方法进行干燥处理；
O)、依次按1 5 20重量比取TiOSO4与H2O为原料，将TiOSO4溶于H2O中，使用常规方法过滤去除杂质和残渣，得澄清透明的TiOSO4溶液；
(3)、取步骤(2)所得TiOSO4溶液连续滴入烧杯中，不断搅拌并同时不断滴加 NH3 · H2O,保持该烧杯中所盛溶液的pH值为8，至烧杯中生成TiO(OH)2沉淀，离心甩干处理所得TiO(OH)2沉淀，然后将经过甩干处理的TiO(OH)2沉淀使用去离子水洗涤3 4次；
(4)、在步骤(3)所得经过去离子水洗涤的Ti (OH)4沉淀中加入该沉淀重量1倍的水均勻混合，使用常规方法打浆得Ti (OH) 4浆体，使用常规分光光度法测定所得Ti (OH) 4浆体中的Ti4+的浓度；
(5)、将步骤(4)所得Ti (OH)4浆体使用常规方法配制成浓度为的11(0!1)4悬浊液，边搅拌边缓缓滴入所得Ti (OH)4悬浊液总重量5%重量百分比的H2O2，再使用常规方法对所得含有H2A的Ti (OH)4悬浊液实施至少24h陈化处理得澄清透明的TW2溶胶；
(6)、在步骤(5)所得TiO2溶胶中按TiO2溶胶总重量的0.01%重量百分比加入 NH4F得含F_的TW2溶胶，然后将所得含F_的TW2溶胶置于在80 100°C温度条件下，使用常规方法实施水热反应6h，即得F_的掺杂比例为0. 01 0. 05%的F_掺杂纳米TW2溶胶；
(7)、依次按1 1重量比取步骤(1)所得表面经过杂质清除处理的竹炭和步骤 (6)所得F—掺杂纳米TW2溶胶。将所取竹炭浸渍于所取F—掺杂纳米TW2溶胶中，使用常规方法超声波处理10分钟，然后捞出竹炭置于80 90°C温度条件下进行干燥处理，再置于 350 550°C N2气氛下焙烧1 4h即得N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料产品成品。
实施例2
(1)、采用竹炭作为载体，在l.OMI^a水蒸气压力条件下将竹炭置于蒸气室内蒸压 0. 5 池，然后将经过上述处理的竹炭使用常规方法进行干燥处理；
步骤O) (3)同实施例1 ；
(4)、在步骤(3)所得经过去离子水洗涤的Ti (OH)4沉淀中加入该沉淀重量5倍的水均勻混合，使用常规方法打浆得Ti (OH) 4浆体，使用常规分光光度法测定所得Ti (OH) 4浆体中的Ti4+的浓度；
(5)、将步骤(4)所得Ti(OH)4浆体使用常规方法配制成浓度为2%的11(0!1)4悬浊液，边搅拌边缓缓滴入所得Ti (OH)4悬浊液总重量10%重量百分比的H2O2，再使用常规方法对所得含有H2A的Ti (OH)4悬浊液实施至少24h陈化处理得澄清透明的TW2溶胶；
(6)、在步骤(5)所得TW2溶胶中按TW2溶胶总重量的0. 05%重量百分比加入 NH4F得含F_的TW2溶胶，然后将所得含F_的TW2溶胶置于在80 100°C温度条件下，使用常规方法实施水热反应12h，即得F_的掺杂比例为0. 01 0. 05%的F—掺杂纳米TW2溶胶；
(7)、依次按1 10重量比取步骤(1)所得表面经过杂质清除处理的竹炭和步骤 (6)所得F—掺杂纳米TW2溶胶。将所取竹炭浸渍于所取F—掺杂纳米TW2溶胶中，使用常规方法超声波处理30分钟，然后捞出竹炭置于80 90°C温度条件下进行干燥处理，再置于 350 550°C N2气氛下焙烧1 4h即得N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料产品成品。
权利要求
1. 一种N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料的生产方法，该方法采用如下原料和步骤制取N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料产品(1)、采用竹炭作为载体，使用醋酸处理方法或水热处理方法清除该载体表面的杂质， 扩大竹炭材料的表面积和内孔容积，其中所述醋酸处理方法是指在70 90°C温度条件下将所述竹炭置于质量分数为10 20%的醋酸中浸泡处理1 2次，每次处理时间0. 2 Ih;所述水热处理方法是指在LOMI^a水蒸气压力条件下将所述竹炭置于蒸气室内蒸压 0. 5 池，然后将经过上述处理的竹炭使用常规方法进行干燥处理；O)、依次按1 5 20重量比取TiOSO4与H2O为原料，将所述TiOSO4溶于所述H2O中， 使用常规方法过滤去除杂质和残渣，得澄清透明的TiOSO4溶液；(3)、取步骤(2)所得TiOSO4溶液连续滴入烧杯中，不断搅拌并同时不断滴加NH3·Η20， 保持该烧杯中所盛溶液的PH值为8，至烧杯中生成TiO(OH)2沉淀，离心甩干处理所得 TiO(OH)2沉淀，然后将经过甩干处理的TiO(OH)2沉淀使用去离子水洗涤3 4次；(4)、在步骤(3)所得经过去离子水洗涤的Ti(OH)4沉淀中加入该沉淀重量1 5倍的水均勻混合，使用常规方法打浆得Ti (OH)4浆体，使用常规分光光度法测定所得Ti (OH)4浆体中的Ti4+的浓度；(5)、将步骤(4)所得Ti(OH)4浆体使用常规方法配制成浓度为1 2%的11(0!1)4悬浊液，边搅拌边缓缓滴入所得Ti (OH)4悬浊液总重量5 10%重量百分比的H2O2，再使用常规方法对所得含有H2A的Ti (OH)4悬浊液实施至少24h陈化处理得澄清透明的TW2溶胶；(6)、在步骤(5)所得TW2溶胶中按TW2溶胶总重量的0.01 0. 05%重量百分比加入NH4F得含F_的TW2溶胶，然后将所得含F_的TW2溶胶置于在80 100°C温度条件下， 使用常规方法实施水热反应6 12h，即得F_的掺杂比例为0. 01 0. 05%的F_掺杂纳米 TiO2溶胶；(7)、依次按1 1 10重量比取步骤(1)所得表面经过杂质清除处理的竹炭和步骤 (6)所得F—掺杂纳米T^2溶胶，将所取竹炭浸渍于所取F—掺杂纳米T^2溶胶中，使用常规方法超声波处理10 30分钟，然后捞出竹炭置于80 90°C温度条件下进行干燥处理，再置于350 550°C N2气氛下焙烧1 4h即得N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料产品成品。
全文摘要
本发明提供了一种N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料的生产方法，该方法采用如下步骤(1)、竹炭为载体，清除表面杂质；(2)、取TiOSO4溶于H2O中得TiOSO4溶液；(3)、生成TiO(OH)2沉淀；(4)、加水混合，打浆得Ti(OH)4浆体；(5)、制成Ti(OH)4悬浊液，滴入H2O2，陈化处理得TiO2溶胶；(6)、加入NH4F得含F-的TiO2溶胶，水热反应得F-掺杂纳米TiO2溶胶；(7)、将竹炭浸渍于F-掺杂纳米TiO2溶胶中，超声波处理后置于N2气氛下焙烧得N-F共掺杂TiO2/竹炭复合光催化材料成品。本方法使产品吸附性能好、光催化活性和抗菌性能更高，提升了竹炭的价值并可回收利用。
文档编号A61L101/04GK102527363SQ20111044414
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者张世英, 张向超, 林中信, 罗寄希, 许第发 申请人:长沙学院