專利名稱：一種金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境技術(shù)和納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬離子摻 雜二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
自 1972年曰本Fujishima (Fjishima A， Honda K. Elec加chemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J]. Nature, 1972， 238:37-38.)
發(fā)現(xiàn)將二氧化鈦?zhàn)鳛殡姌O可以進(jìn)行水的光分解反應(yīng)后，就引起了利用半導(dǎo) 體光催化劑把光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能的研究熱潮。Ti02利用光能驅(qū)動(dòng)氧 化-還原反應(yīng)，使水分解放出氧氣，利用自身強(qiáng)氧化能力可進(jìn)行有機(jī)物的分 解反應(yīng)，因而具有光催化活性和抗菌性。該催化劑可用于環(huán)境保護(hù)、制作 潔凈能源的關(guān)鍵器件以及應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、醫(yī)療領(lǐng)域。
金屬離子摻雜(Wilke K， Breuer H D. The influence of transition metal doping on the physical and photocatalytic properties of titania[J]. Journal of Photochemistry and PhotobiologyA:Chemistiy， 1999， 121:49-53.)可以提高 Ti02光響應(yīng)范圍，減少電子和空穴的復(fù)合，提高光催化效率。其中金屬離 子摻雜可以在半導(dǎo)體的表面上引入缺陷位置或改變結(jié)晶度，成為電子或空 穴的陷阱而延長(zhǎng)OH自由基的壽命，從而能有效地提高光催化效率，因此 對(duì)納米粒子中摻入金屬離子的研究一直是人們研究的熱點(diǎn),半導(dǎo)體的光催 化效應(yīng)及其潛在的應(yīng)用亦引起了人們的極大興趣并得到了廣泛地研究(閆 鵬飛，王建強(qiáng)，周德瑞，等.摻鐵Ti02納米晶的制備及光催化性能研究[J].材料科學(xué)與工藝，2002， 10(1):28-31.)。 二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎?，其太?yáng) 能利用率僅為4%左右，作為抗菌材料，只能在光照的情況下發(fā)揮作用， 因此，其應(yīng)用范圍受到限制。
金屬離子摻雜是改善其性能的行之有效的方法之一。目前該種材料的 化學(xué)合成法方法主要有氣相法(CVD法)和液相法兩大類，Crisan等 (CRISAN D， DRAGAN N， CRISAN M， et al. Crystallization study of sol-gel un-doped and Pd-doped TiO2 materials[J]. J. Phys. Chem. Solids, 2008， 69(10):2 548-2554.)采用溶膠-凝膠法制備出Pd摻雜Ti02，劉曉璐等(劉 曉璐，吳玉程，宋林云.摻Ag復(fù)合改性的納米Ti02的制備及其光催化性 能[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2007， 13(4):13-16.)采用溶膠-凝膠法制備了摻Ag 復(fù)合改性的納米Ti02復(fù)合材料，馬登峰等(馬登峰，彭兵，柴立元， 等.載銀納米二氧化鈦抗菌粉體的制備工藝研究[J].精細(xì)化工中間體， 2006， 36(l):63-64.)采用稀釋熱水解法制備出了載銀納米二氧化鈦抗菌粉 體。其中CVD法制備設(shè)備復(fù)雜、能耗大、成本高；液相法中的水熱合成 法、溶膠-凝膠法和沉淀法等也存在操作復(fù)雜、制備周期長(zhǎng)等不足。利用均 勻熱水解法制備摻雜金屬離子的Ti02鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種制備工藝簡(jiǎn) 單的金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1)首先，配制濃度為l 1.4mol/L的HN03溶液，取20mlHNO3溶液并 向其中加入金屬硝酸鹽得到溶m，其中金屬硝酸鹽加入量為1.65 X10'3 XM金翻鸝+M金屬(g) 8.25Xl(y3XM金屬繊鹽+M金屬(g) ， M金翻鵬為摻雜金屬硝酸鹽的分子量，M^為慘雜金屬的分子量；
2) 其次，將溶液A置于磁力攪拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml 時(shí)，將0.7ml化學(xué)純的鈦酸四正丁酯(C16H3604Ti)溶解在溶液A中，繼續(xù) 加熱并攪拌直至得到金屬離子摻雜Ti02晶體；
3) 最后，將金屬離子摻雜Ti02晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬弗 爐中在20(TC下燒結(jié)2h，爐中自然冷卻后，再次于研缽中研細(xì)，將所得粉 體置于馬弗爐中，在55(TC燒結(jié)3h后，爐中自然冷卻至室溫得到金屬慘雜 質(zhì)量為1%-5%的金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑。
本發(fā)明的金屬鹽為AgN03、 Fe(N03)3、 Cu(N03)2或Zn(N03)2。 本發(fā)明利用均勻熱水解法制備摻雜金屬離子的Ti02，將所需原料配制 成溶液，使原料在離子水平上非常均勻的進(jìn)行混合，在此前提下，對(duì)溶液 加熱攪拌使金屬離子均勻水解，所得水合氧化物亦可在離子或分子水平上 進(jìn)行混合，所得的金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑擴(kuò)大對(duì)太陽(yáng)光的吸收范 圍，提高光催化活性，同時(shí)增強(qiáng)抗菌效果。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得銀離子摻雜Ti02納米晶體的X-射線衍射譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例l:首先，配制濃度為lmol/L的HN03溶液，取20ml的HNO3溶 液并向其中加入0.0025g的AgNO3得到溶液A;其次，將溶液A置于磁力攪 拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml時(shí)，將0.7ml化學(xué)純的鈦酸四正丁酯 (C16H3604Ti)溶解在溶液A中，繼續(xù)加熱并攪拌直至得到Ag離子摻雜Ti02晶體；最后，將Ag離子摻雜Ti02晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬弗爐中 在200'C下燒結(jié)2h，爐中自然冷卻后，再次于研缽中研細(xì)，將所得粉體置 于馬弗爐中，在55(TC燒結(jié)3h后，爐中自然冷卻至室溫得到Ag摻雜質(zhì)量為 P/。的Ag離子摻雜二氧化鈦光催化劑。參見(jiàn)圖l，結(jié)果表明所得樣品為以銳 鈦礦型為主的銳鈦礦型和金紅石型晶體的混合晶體，以(101)晶面 (2-Theta-25.260)為基礎(chǔ)利用Sherri公式計(jì)算所得晶粒尺寸為19.8nm，圖中 沒(méi)有出現(xiàn)銀及其化合物晶體衍射峰，這是由于加入的銀量很少，不能單獨(dú) 成相，同時(shí)說(shuō)明該法慘雜非常均勻。
實(shí)施例2:首先，配制濃度為1.2mol/L的HN03溶液，取20ml的HNO3 溶液并向其中加入0.0072g的Fe(NO3)3得到溶液A;其次，將溶液A置于磁 力攪拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml時(shí)，將0.7ml化學(xué)純的鈦酸四正丁 酯(C16H3604Ti)溶解在溶液A中，繼續(xù)加熱并攪拌直至得到Fe離子摻雜 Ti02晶體；最后，將Fe離子摻雜Ti02晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬弗 爐中在20(TC下燒結(jié)2h,爐中自然冷卻后，再次于研缽中研細(xì)，將所得粉 體置于馬弗爐中，在55(TC燒結(jié)3h后，爐中自然冷卻至室溫得到Fe摻雜質(zhì) 量為P/。-的Fe離子摻雜二氧化鈦光催化劑。
實(shí)施例3:首先，配制濃度為1.4mol/L的HN03溶液，取20ml的HNO3 溶液并向其中加入0.0049g的Cu(NO3)2得到溶液A;其次，將溶液A置于磁 力攪拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml時(shí)，將0.7ml化學(xué)純的鈦酸四正丁 酯(C16H3604Ti)溶解在溶液A中，繼續(xù)加熱并攪拌直至得到Cu離子摻雜 Ti02晶體；最后，將Cu離子摻雜Ti02晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬 爐中在20(TC下燒結(jié)2h，爐中自然冷卻后，再次于研缽中研細(xì)，將所得粉 體置于馬弗爐中，在55(TC燒結(jié)3h后，爐中自然冷卻至室溫得到Qi摻雜質(zhì)量為1%的01離子摻雜二氧化鈦光催化劑。
實(shí)施例4:首先，配制濃度為Umol/L的HN03溶液，取20ml的HNO3 溶液并向其中加入0.024g的Zn(NO3)2得到溶液A;其次，將溶液A置于磁力 攪拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml時(shí)，將0.7ml化學(xué)純的鈦酸四正丁酯 (C16H3604Ti)溶解在溶液A中，繼續(xù)加熱并攪拌直至得到Zn離子摻雜Ti02 晶體；最后，將Zn離子摻雜Ti02晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬弗爐中 在20(TC下燒結(jié)2h，爐中自然冷卻后，再次于研缽中研細(xì)，將所得粉體置 于馬弗爐中，在550"C燒結(jié)3h后，爐中自然冷卻至室溫得到Zn摻雜質(zhì)量為 lM的Zn離子摻雜二氧化鈦光催化劑。
本發(fā)明的顯著特點(diǎn)是采用金屬有機(jī)物均勻熱水解法，以鈦酸酯為鈦 源，硝酸作為分散劑，金屬硝酸鹽為摻雜原料一步合成金屬離子摻雜二氧 化鈦，摻雜均勻且加量易于控制，60(TC以下燒結(jié)得到20nm左右的銳鈦礦 型晶體，該晶體具有強(qiáng)的脫色和降低污水COD值的作用。
權(quán)利要求
1、一種金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于1)首先，配制濃度為1～1.4mol/L的HNO3溶液，取20ml HNO3溶液并向其中加入金屬硝酸鹽得到溶液A，其中金屬硝酸鹽加入量為1.65×10-3×M金屬硝酸鹽÷M金屬(g)～8.25×10-3×M金屬硝酸鹽÷M金屬(g)，M金屬硝酸鹽為摻雜金屬硝酸鹽的分子量，M金屬為摻雜金屬的分子量；2)其次，將溶液A置于磁力攪拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml時(shí)，將0.7ml化學(xué)純的鈦酸四正丁酯(C16H36O4Ti)溶解在溶液A中，繼續(xù)加熱并攪拌直至得到金屬離子摻雜TiO2晶體；3)最后，將金屬離子摻雜TiO2晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬弗爐中在200℃下燒結(jié)2h，爐中自然冷卻后，再次于研缽中研細(xì)，將所得粉體置于馬弗爐中，在550℃燒結(jié)3h后，爐中自然冷卻至室溫得到金屬摻雜質(zhì)量為1％-5％的金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方 法，其特征在于:所說(shuō)的金屬鹽為AgN03、Fe(N03)3、Cu(N03)2或Zn(N03)2。
全文摘要
一種金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，首先取20ml HNO₃溶液并向其中加入金屬硝酸鹽得到溶液A；其次，將溶液A置于磁力攪拌器上加熱攪拌，待溶液揮發(fā)至15ml時(shí)，將鈦酸四正丁酯溶解在溶液A中，繼續(xù)加熱并攪拌直至得到金屬離子摻雜TiO₂晶體；最后，將金屬離子摻雜TiO₂晶體置于研缽中研細(xì)，然后，于馬弗爐中燒結(jié)，爐中自然冷卻至室溫得到金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑。本發(fā)明利用均勻熱水解法制備摻雜金屬離子的TiO₂，將所需原料配制成溶液，使原料在離子水平上非常均勻的進(jìn)行混合，所得的金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑擴(kuò)大對(duì)太陽(yáng)光的吸收范圍，提高光催化活性，同時(shí)增強(qiáng)抗菌效果。
文檔編號(hào)B01J37/10GK101623659SQ200910023538
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者輝 楊, 棟 王, 蔡日強(qiáng) 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)