本發(fā)明屬于光催化
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種共摻雜型納米二氧化鈦的制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，半導(dǎo)體多相光催化技術(shù)由于其在水污染和空氣污染治理方面的巨大潛力而逐漸成為被廣泛研究的一項(xiàng)技術(shù)。半導(dǎo)體光催化劑大多屬于寬禁帶n型半導(dǎo)體化合物，如二氧化鈦，二氧化錫，三氧化鎢，氧化鋅，硫化鎘，硒化鎘等，而二氧化鈦具有無(wú)毒、穩(wěn)定、價(jià)廉、能完全礦化多種有機(jī)物等特點(diǎn)，所以是研究和應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑。但是，二氧化鈦在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還受到諸多因素的限制，主要有：(1)銳鈦礦型二氧化鈦的禁帶寬度為3.2ev，只能在波長(zhǎng)小于387.5nm的紫外光的激發(fā)下才能顯示出不俗的光催化活性，而紫外光僅占太陽(yáng)能射線的5％左右，大大限制了二氧化鈦對(duì)太陽(yáng)光或人工光源中可見(jiàn)光的利用率；(2)納米二氧化鈦粉體在處理液相污染物的過(guò)程中，存在吸附能力弱、易團(tuán)聚失活、易流失而難回收、易沉淀而難以得到光照等不足，因此對(duì)污染物的光催化降解效果甚弱，尤其當(dāng)污染物的濃度較低時(shí)，二氧化鈦的光催化活性就更加顯得微不足道。因此，對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改性，拓寬其光譜響應(yīng)范圍和提高在太陽(yáng)光或可見(jiàn)光下的光催化量子效率，以及消除二氧化鈦粉體處理液相污染物所面臨的不足，是國(guó)內(nèi)外在環(huán)境治理領(lǐng)域最具有挑戰(zhàn)性的一項(xiàng)研究課題，也是實(shí)現(xiàn)二氧化鈦光催化技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用所必需解決的一個(gè)關(guān)鍵要素。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有良好穩(wěn)定的光催化量子效率的二氧化鈦的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種共摻雜型納米二氧化鈦的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將鈦酸酯與硅酸乙酯加入至無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后滴加穩(wěn)定劑，得到黃色溶膠液；步驟2，將滲透劑與分散劑加入至黃色溶膠液中，攪拌均勻后形成粘稠溶膠液；步驟3，將氯化鐵與氯化亞鐵加入至蒸餾水中，曝氣反應(yīng)，形成沉淀，繼續(xù)曝氣反應(yīng)形成鐵系配合液；步驟4，將鐵系配合液緩慢滴加至粘稠溶膠液中，然后進(jìn)行超聲反應(yīng)2-4h，反應(yīng)結(jié)束后陳化3-8h；步驟5，將步驟4中的陳化液進(jìn)行密封反應(yīng)3-8h，然后進(jìn)行微沸反應(yīng)2-5h，結(jié)束后過(guò)濾，洗滌即可得到共摻雜型納米二氧化鈦。所述共摻雜型納米二氧化鈦的制備配方如下：鈦酸酯20-25份、硅酸乙酯5-9份、無(wú)水乙醇40-50份、穩(wěn)定劑2-4份、所述滲透劑1-3份、分散劑15-20份、氯化鐵2-5份、氯化亞鐵2-4份。所述鈦酸酯采用鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯中的至少一種。所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮。所述滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮。步驟1和步驟2中攪拌速度為100-500r/min，采用攪拌的方式能夠?qū)⒉牧先芙?，形成較為穩(wěn)定的分散型溶膠，采用攪拌的方式能夠加快分散劑的溶解，能夠增加無(wú)水乙醇的粘稠性。步驟3中的曝氣反應(yīng)采用氨氣氣體，所述氨氣的量是氯化鐵與氯化亞鐵總物質(zhì)的量的8-10倍，所述曝氣流速為10-15ml/min，所述曝氣反應(yīng)的溫度為10-20℃；采用曝氣反應(yīng)能夠?qū)⒙然F與氯化亞鐵沉淀化，隨著曝氣反應(yīng)的繼續(xù)，形成了鐵系配合液。步驟4中的所述超聲反應(yīng)頻率為3-8khz，所述超聲反應(yīng)溫度為20-30℃，所述陳化溫度為1-3℃，所述緩慢滴加速度為10-15ml/min；采用緩慢滴加的方式能夠?qū)⒍趸伵c二氧化硅緩慢水解處理出來(lái)，速度較為緩慢，分散性較好，超聲反應(yīng)能夠提高二氧化鈦與二氧化硅的分散性，防止二氧化鈦的團(tuán)聚，低溫陳化能夠形成夾雜配位鐵的二氧化鈦與二氧化硅的晶化。步驟5的密封反應(yīng)溫度為150-200℃，壓力為2-5mpa，所述微沸反應(yīng)的溫度為80-100℃；采用密封反應(yīng)的方式形成乙醇水溶液的水熱反應(yīng)，同時(shí)將氨氣脫離配合離子，形成鐵離子，并且與晶化的二氧化鈦和二氧化硅形成摻雜型二氧化鈦，同時(shí)通過(guò)微沸反應(yīng)將氨氣與無(wú)水乙醇完全揮發(fā)，保證二氧化鈦形成沉淀，提高產(chǎn)量。本發(fā)明中，以鈦酸酯為原料，輔以硅酸乙酯、氯化鐵和氯化亞鐵為摻雜劑，制備得到共摻雜納米二氧化鈦材料，制備思路為：將鈦酸酯與硅酸乙酯溶解在具有聚乙烯吡咯烷酮和滲透劑的無(wú)水乙醇中得到溶膠液，然后將氯化鐵和氯化亞鐵的配位液滴定至溶膠液中，進(jìn)行超聲反應(yīng)、陳化反應(yīng)、密封反應(yīng)和微沸反應(yīng)，最后經(jīng)過(guò)濾得到共摻雜型納米二氧化鈦。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：1）以鈦酸酯為原料，輔以硅酸乙酯、氯化鐵和氯化亞鐵為摻雜劑，制備得到共摻雜納米二氧化鈦材料，徹底解決了二氧化鈦粉體處理液相污染物能力不足的問(wèn)題；制備方法簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)行批量化生產(chǎn)，且生產(chǎn)成本低；制備出的二氧化鈦具有良好穩(wěn)定的光催化量子效率；2）本發(fā)明制備的二氧化鈦可用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有機(jī)污染物和重金屬離子的光催化處理。3）本發(fā)明不需研磨工藝而降低了制備的復(fù)雜性、時(shí)間和成本。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1：一種共摻雜型納米二氧化鈦的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將鈦酸酯與硅酸乙酯加入至無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后滴加穩(wěn)定劑，得到黃色溶膠液；步驟2，將滲透劑與分散劑加入至黃色溶膠液中，攪拌均勻后形成粘稠溶膠液；步驟3，將氯化鐵與氯化亞鐵加入至蒸餾水中，曝氣反應(yīng)，形成沉淀，繼續(xù)曝氣反應(yīng)形成鐵系配合液；步驟4，將鐵系配合液緩慢滴加至粘稠溶膠液中，然后進(jìn)行超聲反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后陳化3h；步驟5，將步驟4中的陳化液進(jìn)行密封反應(yīng)3h，然后進(jìn)行微沸反應(yīng)2h，結(jié)束后過(guò)濾，洗滌即可得到共摻雜型納米二氧化鈦。所述共摻雜型納米二氧化鈦的制備配方如下：鈦酸酯20份、硅酸乙酯5份、無(wú)水乙醇40份、穩(wěn)定劑2份、所述滲透劑1份、分散劑15份、氯化鐵2份、氯化亞鐵2份。所述鈦酸酯采用鈦酸四乙酯。所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮。所述滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮。步驟1和步驟2中攪拌速度為100r/min。步驟3中的曝氣反應(yīng)采用氨氣氣體，所述氨氣的量是氯化鐵與氯化亞鐵總物質(zhì)的量的8倍，所述曝氣流速為10ml/min，所述曝氣反應(yīng)的溫度為10℃。步驟4中的所述超聲反應(yīng)頻率為3khz，所述超聲反應(yīng)溫度為20℃，所述陳化溫度為1℃，所述緩慢滴加速度為10ml/min。步驟5的密封反應(yīng)溫度為150℃，壓力為2mpa，所述微沸反應(yīng)的溫度為80℃。實(shí)施例2：一種共摻雜型納米二氧化鈦的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將鈦酸酯與硅酸乙酯加入至無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后滴加穩(wěn)定劑，得到黃色溶膠液；步驟2，將滲透劑與分散劑加入至黃色溶膠液中，攪拌均勻后形成粘稠溶膠液；步驟3，將氯化鐵與氯化亞鐵加入至蒸餾水中，曝氣反應(yīng)，形成沉淀，繼續(xù)曝氣反應(yīng)形成鐵系配合液；步驟4，將鐵系配合液緩慢滴加至粘稠溶膠液中，然后進(jìn)行超聲反應(yīng)4h，反應(yīng)結(jié)束后陳化8h；步驟5，將步驟4中的陳化液進(jìn)行密封反應(yīng)3-8h，然后進(jìn)行微沸反應(yīng)5h，結(jié)束后過(guò)濾，洗滌即可得到共摻雜型納米二氧化鈦。所述共摻雜型納米二氧化鈦的制備配方如下：鈦酸酯25份、硅酸乙酯9份、無(wú)水乙醇50份、穩(wěn)定劑4份、滲透劑3份、分散劑20份、氯化鐵5份、氯化亞鐵4份。所述鈦酸酯采用鈦酸四異丙酯。所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮。所述滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮。步驟1和步驟2中攪拌速度為500r/min。步驟3中的曝氣反應(yīng)采用氨氣氣體，所述氨氣的量是氯化鐵與氯化亞鐵總物質(zhì)的量的10倍，所述曝氣流速為15ml/min，所述曝氣反應(yīng)的溫度為20℃。步驟4中的所述超聲反應(yīng)頻率為8khz，所述超聲反應(yīng)溫度為30℃，所述陳化溫度為3℃，所述緩慢滴加速度為15ml/min。步驟5的密封反應(yīng)溫度為200℃，壓力為5mpa，所述微沸反應(yīng)的溫度為100℃。實(shí)施例3：一種共摻雜型納米二氧化鈦的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將鈦酸酯與硅酸乙酯加入至無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后滴加穩(wěn)定劑，得到黃色溶膠液；步驟2，將滲透劑與分散劑加入至黃色溶膠液中，攪拌均勻后形成粘稠溶膠液；步驟3，將氯化鐵與氯化亞鐵加入至蒸餾水中，曝氣反應(yīng)，形成沉淀，繼續(xù)曝氣反應(yīng)形成鐵系配合液；步驟4，將鐵系配合液緩慢滴加至粘稠溶膠液中，然后進(jìn)行超聲反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后陳化3-8h；步驟5，將步驟4中的陳化液進(jìn)行密封反應(yīng)7h，然后進(jìn)行微沸反應(yīng)4h，結(jié)束后過(guò)濾，洗滌即可得到共摻雜型納米二氧化鈦。所述共摻雜型納米二氧化鈦的制備配方如下：鈦酸酯23份、硅酸乙酯7份、無(wú)水乙醇45份、穩(wěn)定劑3份、所述滲透劑2份、分散劑18份、氯化鐵3份、氯化亞鐵3份。所述鈦酸酯采用鈦酸四正丁酯。所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮。所述滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮。步驟1和步驟2中攪拌速度為300r/min。步驟3中的曝氣反應(yīng)采用氨氣氣體，所述氨氣的量是氯化鐵與氯化亞鐵總物質(zhì)的量的9倍，所述曝氣流速為13ml/min，所述曝氣反應(yīng)的溫度為15℃。步驟4中的所述超聲反應(yīng)頻率為6khz，所述超聲反應(yīng)溫度為25℃，所述陳化溫度為2℃，所述緩慢滴加速度為13ml/min。步驟5的密封反應(yīng)溫度為180℃，壓力為4mpa，所述微沸反應(yīng)的溫度為90℃。測(cè)試方法：可見(jiàn)光輻射下降解亞甲基藍(lán)的光催化活性測(cè)試具體方法和條件如下：催化劑的光催化氧化活性是在自制的光催化反應(yīng)器中進(jìn)行。采用300w氙燈(λ>420nm)為輻射光源，反應(yīng)液為250毫升10毫克/升的亞甲基藍(lán)水溶液，催化劑加入量為1.0克。在劇烈的攪拌下每隔30分鐘抽取少量反應(yīng)液，在665nm處測(cè)定溶液吸光度。再根據(jù)亞甲基藍(lán)的濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線確定溶液濃度。經(jīng)3h光照后的降解效果如下：降解率實(shí)施例１８９％實(shí)施例２８６％實(shí)施例３９３％對(duì)比例７０％上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12