本發(fā)明涉及一種光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

水的有機物污染問題成為當(dāng)今世界重要問題，如何去除水中的有機物成為研究熱點，目前，去除水中有機物的方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，其中，物化法包括吸附法，超聲法，和反滲透法等，物理法能耗大，限制了其應(yīng)用。生物法運行費用低廉，處理規(guī)模大，但其對水質(zhì)條件要求高。特別是不適用于處理高濃度有機廢水。化學(xué)法主要包括氧化法和還原法。氧化法中的高級氧化法效率高，備受關(guān)注。光催化法是高級氧化法的一種，效率高，成本較低，且能處理高濃度有機廢水，頗具有發(fā)展前景。半導(dǎo)體光催化劑是光催化氧化技術(shù)的核心材料，二氧化鈦納米材料化學(xué)穩(wěn)定性強，價格低廉，無毒，在空氣凈化，水處理，太陽能轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。純二氧化鈦粉末由于只能利用紫外光，以及在二氧化鈦表面光生電子和空穴的快速復(fù)合，大大降低了其光催化效率。因此提高材料在可見光區(qū)域的吸收度及減少電荷載流子的重新組合率，非常重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對目前光催化材料領(lǐng)域的可見光利用率低與光生電子和空穴的快速復(fù)合的技術(shù)難題，提供了一種對鑭氮共摻雜二氧化鈦納米材料的制備方法。

1、鑭氮共摻雜二氧化鈦新型光催化材料的制備方法，其制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10～12ml of鈦酸四丁酯被溶解在40-50ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液的配制

12～15ml稀硝酸(HNO3∶H2O體積比1∶5～1∶6)和La(NO₃)₃_6H₂O(0.19～0.25g)和CO(NH₂)₂(0.079～0.103g)加到另外一個10～12ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2～3h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置5～6h后，在333～363K干燥48～56h，

四、在803～853K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4～5h，加熱速度為3～5K min^-1。成功得到鑭氮共摻雜二氧化鈦(La-N-TiO₂)納米光催化劑。

作為對比，La-TiO₂和N-TiO₂用相同程序制備，只是不添加CO(NH₂)₂和La(NO₃)₃ _6H₂O。同時純TiO₂納米光催化劑也用相同的程序制備，只是不添加摻雜劑。

本發(fā)明應(yīng)用的金屬離子和氮元素共同摻雜到二氧化鈦光催化劑中，可以提高可見光條件下，材料的光催化效率。

在本發(fā)明中制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦材料中，氮元素摻雜二氧化鈦被認(rèn)為在可見光條件下提高光催化效率很有效的方法。同時，金屬摻雜二氧化鈦光催化材料中，金屬離子可以捕獲光生穴，從而抑制光生電子與空穴復(fù)合，也可以達到提高催化效率的效果。

本發(fā)明采用的溶膠凝膠法，方便簡單，利于工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1是實驗一制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖；

圖2是實驗一制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的透射電子顯微鏡圖；

圖3是實驗一制備的鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的X射線衍射圖，其中單元素摻雜及未摻雜的二氧化鈦作為對比；

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式對鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料的制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10～12ml of鈦酸四丁酯被溶解在40-50ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液的配制

12～15ml稀硝酸(HNO3∶H2O體積比1∶5～1∶6)和La(NO₃)₃_6H₂O(0.19～0.25g)和CO(NH₂)₂(0.079～0.103g)加到另外一個10～12ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2～3h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置5～6h后，在333～363K干燥48～56h，

四、在803～853K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4～5h，加熱速度為3～5K min^-1。成功得到鑭氮共摻雜二氧化鈦(La-N-TiO₂)納米光催化劑。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中10ml鈦酸四丁酯被溶解在40乙醇中。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是步驟二中HNO₃∶H₂O體積比1∶5。其它與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是步驟三中干燥溫度為 353K。其它與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是步驟三中干燥時間為48h。其它與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是步驟四中煅燒溫度為823K。其它與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是步驟四中TiO₂在馬弗爐中煅燒時間為6h。其它與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是步驟四中TiO₂在馬弗爐中煅燒，加熱速度為3K min^-1。其它與具體實施方式一至七之一相同。

采用下述實驗驗證本發(fā)明效果：

實驗一：

鑭氮共摻雜二氧化鈦光催化材料制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10ml鈦酸四丁酯被溶解在40ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液的配制

12ml稀硝酸(HNO₃∶H₂O體積比1∶5)和La(NO₃)₃_6H₂O(0.19g)和CO(NH₂)₂(0.079g)加到另外一個10ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置6h后，在353K干燥48h，

四、在823K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4h，加熱速度為3K min^-1。成功得到La-N-TiO₂納米光催化劑。

為檢驗光催化材料的效果，本發(fā)明中的光催化效果評價裝置是100ml光化學(xué)石英反應(yīng)器，苯酚為目標(biāo)污染物，裝有濾波片的150W的球形氙燈為試驗提供可見光源，其距離光化學(xué)反應(yīng)器的距離為20cm，苯酚溶液初始濃度為，光催化劑投入量為20mg。在用光照射前，懸浮溶液在黑暗環(huán)境中攪拌30min，完成吸附、解吸平衡。然后打開燈源開關(guān)，反應(yīng)開始。規(guī)定時間進行取樣，苯酚濃度分析采用的是T6紫外分光光度計.同時測試樣品中的TOC，來了解污染物礦化程度。

在反應(yīng)2h后，苯酚去除率高達86.8％，TOC的去除率高達78.4％。

實驗二：

鑭摻雜二氧化鈦光催化材料制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10ml鈦酸四丁酯被溶解在40ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C2H5OH-HNO3-H2O溶液的配制

12ml稀硝酸(HNO₃∶H₂O體積比1∶5)和La(NO₃)₃_6H2O(0.19g)加到另外一個10ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置6h后，在353K干燥48h，

四、在823K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4h，加熱速度為3K min^-1。成功得到La-TiO₂納米光催化劑。

光催化效果評價裝置是100ml光化學(xué)石英反應(yīng)器，苯酚為目標(biāo)污染物，裝有濾波片的150W的球形氙燈為試驗提供可見光源，其距離光化學(xué)反應(yīng)器的距離為20cm，苯酚溶液初始濃度為，光催化劑投入量為20mg。在用光照射前，懸浮溶液在黑暗環(huán)境中攪拌30min，完成吸附、解吸平衡。然后打開燈源開關(guān)，反應(yīng)開始。規(guī)定時間進行取樣，苯酚濃度分析采用的是T6紫外分光光度計.同時測試樣品中的TOC，來了解污染物礦化程度。

在反應(yīng)2h后，苯酚去除率高達60％，TOC的去除率高達55％。

實驗三：

純二氧化鈦光催化材料制備方法如下：

一、Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液的配制：

10ml鈦酸四丁酯被溶解在40ml乙醇中，制成Ti(OBu)₄-C₂H₅OH溶液

二、C₂H₅OH-HNO₃-H2O溶液的配制

12ml稀硝酸(HNO₃∶H₂O體積比1∶5)加到另外一個10ml乙醇中，徹底攪拌，形成C₂H₅OH-HNO₃-H₂O溶液。

三、混合上述兩種溶液，持續(xù)攪拌2h，直到半透明的凝膠形成，在凝膠室溫下放置6h后，在353K干燥48h，

四、在823K溫度下，在馬弗爐中煅燒TiO₂干凝膠4h，加熱速度為3K min^-1。成功得到La-TiO₂納米光催化劑。

光催化效果評價裝置是100ml光化學(xué)石英反應(yīng)器，苯酚為目標(biāo)污染物，裝有濾波片的150W的球形氙燈為試驗提供可見光源，其距離光化學(xué)反應(yīng)器的距離為20cm，苯酚溶液初始濃度為，光催化劑投入量為20mg。在用光照射前，懸浮溶液在黑暗環(huán)境中攪拌30min，完成吸附、解吸平衡。然后打開燈源開關(guān)，反應(yīng)開始。規(guī)定時間進行取樣，苯酚濃度分析采用的是T6紫外分光光度計.同時測試樣品中的TOC，來了解污染物礦化程度。

在反應(yīng)2h后，苯酚去除率高達10％，TOC的去除率高達7％。