专利名称：一种二氧化钛光催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化钛光催化剂的制备方法。
背景技术：
TiO2是当前最有应用潜力的一种η型半导体光催化剂，它具有良好的化学和生物惰性，能确保安全且廉价易得。与其他的半导体材料相比，二氧化钛半导体材料具有强氧化性、化学性质稳定、无毒和价格低廉、对反应底物的光催化降解彻底、储量丰富等优点而成为最具有应用潜力的半导体光催化剂。随着绿色化学和环境治理的要求，TiO2的光催化性能在环境的治理方面发挥着巨大的优势。R. ff. Mathews用而/打02光催化法先后于1985年和1987年对水中含有的34种有机污染物进行了研究，发现它们的最终产物是CO2和HC1， 这极大的鼓舞了 T^2在光催化降解有机物方面的应用。目前制备TW2的方法有热分解法、溶胶-凝胶法、液相沉积法、水解法和水热法等。在这些合成方法中，溶胶-凝胶法以其能获得具有成分均勻、纯度高的纳米粉体等优点，在合成掺杂材料方面具有较好的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于合成、光催化降解效率高的制备二氧化钛光催化剂的方法。本发明实现过程如下
一种二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)将2.5-2. 7ml异丙醇与8. 0-8. 8g钛酸四丁酯以及0_6. Oml醇溶液混合均勻得溶液
A；
(2)将4.0-6. Oml异丙醇、2. 7-2. 9ml去离子水和5. 5-5. 7ml冰乙酸混合均勻得溶液B ；
(3)将溶液B滴加至A中，搅拌均勻得到溶胶；
(4)将溶胶陈放至凝胶化；
(5)将凝胶分散于蒸馏水中，于140-180°C反应48-60h，得到TiO2无定形粉体；
(6)TiO2无定形粉体在450-550°C煅烧2- 得到TW2光催化剂。上述步骤(1)所述的醇溶液为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正己醇和环己醇，优选为异丙醇、乙醇和正己醇，更优选为异丙醇、乙醇，最优选为异丙醇；醇溶液的添加量为 4-6ml，最优选为5 ml。上述方法制备得到的TiO2光催化剂通过降解浓度为10_4M 4-硝基苯酚G-NP)溶液来评估其光催化效果，具体实验步骤如下
(1)首先配置10_4M4-NP溶液；
(2)称量0.05g TiO2粉末，将其分散于50. Oml上述溶液中超声lOmin，得到的悬浮液于黑暗中搅拌30min，使TiO2粉末达到吸附平衡；
(3)达到平衡后，测量溶液pH值，并吸取5.Oml溶液离心取上层清液测量其于317nm波长处的吸光度值；
(4)将步骤( 得到的溶液放在水浴中置于250w的高压汞灯下照射，隔IOmin中取一次样，离心并吸取上层清液测量吸光度值。4-NP光催化降解反应为一级反应，反应动力学表达式In {CjC) = kt. k为表观反应速率常数，G为反应初始时4-NP的浓度义为时间为t的4-NP的浓度。根据朗伯比尔定律吸光度值A与浓度C的关系满足以下公式Α= ε bC，A为吸光度，ε为摩尔吸光系数， C为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度。因此，TiO2光催化剂的降解效率可用表观反应速率常数来表征。本发明的优点与积极效果
1、由溶胶-凝胶-水热方法制备得到的TiA光催化剂结晶度高，分散性好。2、通过额外添加不同类别的醇类溶剂得到了具有优异光催化效率的TW2光催化剂。
图1为添加/不添加醇溶液合成的TW2样品的XRD图谱，(a)环己醇，(b)正己醇，(c)乙醇，(d)异丙醇，(e)正丁醇，(f)甲醇，和(g)未添加醇溶液；
图2为添加异丙醇合成得到的T^2样品的N2低温吸附等温线； 图3为添加正丁醇合成得到的TW2样品的N2低温吸附等温线； 图4为添加正丁醇合成的TW2样品对四硝基苯酚溶液降解过程的紫外吸收图谱； 图5为添加异丙醇合成得到的TiO2样品对四硝基苯酚溶液降解过程的紫外吸收图
谱；
图6添加/不添加醇溶液合成得到的T^2在紫外光照射下对4-NP的降解图，(a)异丙醇，(b)甲醇，(c)乙醇，(d)正己醇，(e)环己醇，(f)未添加醇溶液，(g)正丁醇，和(h)P25。
具体实施例方式本发明通过在溶胶-凝胶合成二氧化钛光催化剂制备过程中，在溶胶制备中添加了不同的醇溶液，希望筛选得到高光催化活性的二氧化钛光催化剂，以达到催化降解有机污染物的效率。发明人经过反复尝试，幸运的发现了不同的醇溶液极大地影响二氧化钛光催化剂的效率，下面结合实例及附图对本发明作进一步详细描述。(1)在2.6ml异丙醇中加入5. Oml醇溶液，再加入钛酸四丁酯8. 4405g，搅拌 30min得到溶液A ；
(2)将5.Oml异丙醇、2. 8ml去离子水和5. 6ml冰乙酸混合，搅拌30min得到溶液B ；
(3)将溶液B慢慢的一边滴加至A中，同时搅拌，滴加完成后搅拌30min得到溶胶；
(4)将步骤(3)得到的溶胶隔夜陈放凝胶化，形成均一的凝胶.
(5)将得到的均一的凝胶分散于蒸馏水中，超声15min，转移至聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，于160°C反应60h，得到1102无定形粉末，离心并于60°C干燥，500°C煅烧4h得到纳米粉末。
图1为添加不同醇溶剂制备得到的TiO2粉末样品的XRD图谱，从图中可以看出， 合成得到的TW2粉末均为锐钛矿型晶相(PDF No. 21-1272)。图2和3为添加异丙醇和正丁醇的TW2粉末样品的队低温吸附等温线，图2中添加异丙醇的TW2粉末样品的比表面积和孔径大小分别为76 m2/g和8. 7 nm，图3中添加正丁醇的TW2粉末样品的比表面积和孔径大小分别为65m2/g和6. 8 nm。图4和5分别为添加正丁醇和异丙醇合成得到的TW2样品对四硝基苯酚溶液降解过程的紫外吸收图谱。图中显示4-NP在50min内基本降解完，添加异丙醇的TiO2粉末样品的催化效果最好，优于P25的降解效率。如图6所示，通过添加不同醇溶液，发明人发现，在光催化剂的制备过程中呈现溶剂效应，具体反映在添加的醇溶液不同，得到的二氧化钛光催化剂对有机污染物光降解效率不同，光催化效果顺序为异丙醇> P25 >乙醇 > 正己醇〉正丁醇=未添加醇溶液〉 甲醇〉环己醇。可见，添加异丙醇所合成的TiO2粉末样品对4-NP的降解效果明显优于所选的其他溶剂所合成T^2粉末样品，也由于P25，故异丙醇为所选溶剂中的最优溶剂。发明人尝试了添加烃类溶剂，发现添加后反而催化效果均不如未添加醇溶液制备的二氧化钛光催化剂，其光催化效果顺序为正己烷〉环己烷〉环氧丙烷。
权利要求
1.一种二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤(1)将2.5-2. 7ml异丙醇与8. 0-8. 8g钛酸四丁酯以及0_6. Oml醇溶液混合均勻得溶液A；(2)将4-6.Oml异丙醇、2. 7-2. 9ml去离子水和5. 5-5. 7ml冰乙酸混合均勻得溶液B ；(3)将溶液B滴加至A中，搅拌均勻得到溶胶；(4)将溶胶陈放至凝胶化；(5)将凝胶分散于蒸馏水中，于140-180°C反应48-60h，得到TiO2无定形粉体；(6)TiO2无定形粉体在450-550°C煅烧2- 得到TW2光催化剂。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于醇溶液选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正己醇、环己醇。
3.根据权利要求2所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于醇溶液选自异丙醇、乙醇、正己醇。
4.根据权利要求3所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于醇溶液选自异丙醇、乙醇。
5.根据权利要求4所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于醇溶液为异丙醇。
6.根据权利要求1至5任意之一所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于 醇溶液的添加量为4-6ml。
7.根据权利要求6所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于醇溶液的添加量为5 ml。
8.根据权利要求1所述的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将2.6ml异丙醇与8. 44g钛酸四丁酯以及5. Oml异丙醇混合均勻得溶液A ；(2)将5.Oml异丙醇、2. 8ml去离子水和5. 6ml冰乙酸混合均勻得溶液B ；(3)将溶液B滴加至A中，搅拌均勻得到溶胶；(4)将溶胶陈放至凝胶化；(5)将凝胶分散于蒸馏水中，于160°C反应60h，得到T^2无定形粉体；(6)TiO2无定形粉体在500°C煅烧4h得到TW2光催化剂。步骤(1)所述的 步骤(1)所述的 步骤(1)所述的 步骤(1)所述的
全文摘要
本发明公开了一种二氧化钛光催化剂的制备方法,其将异丙醇与钛酸四丁酯以及醇溶液混合均匀得溶液A，将异丙醇、去离子水和冰乙酸混合均匀得溶液B，将溶液B滴加至A中，搅拌均匀得到溶胶，将溶胶陈放至凝胶化，将凝胶分散于蒸馏水中，于140-180℃反应得到TiO2无定形粉体；TiO2无定形粉体煅烧得到TiO2光催化剂。本发明通过额外添加不同类别的醇类溶剂筛选得到了具有优异光催化效率的TiO2光催化剂。
文档编号C01G23/053GK102491414SQ201110387310
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者党桃桃, 刘旭, 姚敏, 谢钢, 黄艳 申请人:姚敏