納米材料、應(yīng)用及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種可見光催化活性的納米材料、應(yīng)用及其制備方法，具體設(shè)及一種 具有可見光催化活性的Ti化納米材料、應(yīng)用及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Ti〇2是一種具有廣闊應(yīng)用前景的重要功能材料，具有良好的光催化活性，近年來 在水資源保護(hù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。Ti化作為光催化劑處理污水，在紫外線照射條件下，能 夠降解3000多種難降解的有機(jī)化合物。在各類半導(dǎo)體光催化材料中，Ti化具有生物和化學(xué) 惰性，強(qiáng)的抗光和化學(xué)腐蝕能力，最適合廣泛的環(huán)境應(yīng)用。
[0003] 但是Ti〇2帶隙較寬，銳鐵礦的TiO2禁帶寬度為3. 2eV，相當(dāng)于波長為387. 5皿光 子的能量，因此Ti化只能有效利用波長小于387.5 nm的紫外光。然而太陽光中紫外光部 分所占的比例只有2% -4%，太陽光中占很大比例的可見光部分無法得到有效的利用。因此， 通過各種修飾方法改進(jìn)Ti〇2可見光催化活性已經(jīng)成為光催化領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，如金屬 離子滲雜，非金屬（C、N、F、S)滲雜，貴金屬沉積和染料光敏化等方法，運(yùn)些研究都取得了一 定的結(jié)果。但是大部分的修飾方法通常需要加入除了TiOzW外的其它試劑，使得制備工藝 變得復(fù)雜，成本也會(huì)相應(yīng)提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種具有可見光催化活性的Ti〇2納米材料及其制備方法， 本發(fā)明的Ti化納米材料不僅可W在可見光的照射下有較強(qiáng)的光吸收，并且其制備工藝簡 單，所使用原料只有Ti化和去離子水，沒有其他試劑，同時(shí)不需要高溫高壓等反應(yīng)裝置，設(shè) 備簡單，操作方便，所需時(shí)間短，較大程度上節(jié)約工藝成本。
[0005] 為解決W上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的第一方面的技術(shù)方案為采用一種具有可見光 催化活性的Ti化納米材料，納米材料顆粒為球狀，球的直徑為20-500nm，顆粒的表面覆蓋 有Ti3+和Ti-OH。
[000引優(yōu)選的，Ti"巧顆粒表面的面積覆蓋率為10%-50%。
[0007] 優(yōu)選的，球的直徑為80-300皿。
[0008] 優(yōu)選的，球的直徑為80-200nm。
[0009] 本發(fā)明還提供第二方面的技術(shù)方案即前述任一所述的Ti化納米材料在可見光催 化上的應(yīng)用，所述Ti化納米材料在可見光照射下存在光吸收現(xiàn)象。
[0010] 優(yōu)選的，所述可見光的波長為380-780nm。
[0011] 本發(fā)明還提供第=方面的技術(shù)方案即前述任一所述的具有可見光催化活性的 Ti〇2納米材料的制備方法，所述制備方法按照W下步驟進(jìn)行：1)制備TiO2懸濁液：將 Ti化粉末加入到去離子水中，超聲1-30min,得到TiO2懸濁液；2)激光處理：使用功率為 0. 01-5. 0W的激光照射步驟1)中制備的Ti化懸濁液1-500min;3)離屯、干燥：將步驟2) 中使用激光處理后的Ti〇2懸濁液經(jīng)過離屯、后，倒掉上層清液，放入烘箱中干燥5-24 h，最終 得到具有可見光催化活性的Ti〇2納米材料。
[0012] 優(yōu)選的，步驟1)中Ti化和去離子水的質(zhì)量比為1 : (20-100)。
[0013] 優(yōu)選的，步驟1)中Ti〇2和去離子水的質(zhì)量比為1: (50-100)。
[0014] 更進(jìn)一步優(yōu)選的，Ti〇2的加入量優(yōu)選為10-50mg，去離子水的加入量優(yōu)選為 0. 5-5g〇
[0015] 優(yōu)選的，步驟2)中激光照射功率優(yōu)選為0. 05W-2. 0W。
[0016] 更進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟2)中激光照射功率優(yōu)選為0. 1W-0. 5W。
[0017] 優(yōu)選的，步驟2)中激光照射時(shí)間優(yōu)選為60-500min。
[0018] 更進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟2)中激光照射時(shí)間優(yōu)選為120-300min。
[0019] 優(yōu)選的，步驟2)中所述激光為Nd:YAG激光，波長為355nm。
[0020] 優(yōu)選的，步驟3)中烘箱溫度為60-160°C。
[0021] 本發(fā)明還提供第四方面的技術(shù)方案即前述所述的Ti化納米材料制備方法制備得 到的具有可見光催化活性的Ti化納米材料。
[0022] 優(yōu)選的，納米材料顆粒為球狀，球的直徑為20-500nm，顆粒的表面覆蓋有Ti3+和 Ti-OH。
[002引優(yōu)選的，113+在顆粒表面的面積覆蓋率為10%-50%。
[0024]優(yōu)選的，球的直徑為80-300nm。
[002引優(yōu)選的，球的直徑為80-200皿。
[0026] 本申請所得Ti化納米材料不僅可W在可見光的照射下有較強(qiáng)的光吸收，并且其制 備工藝簡單，所使用原料只有Ti化和去離子水，沒有其他試劑，同時(shí)不需要高溫高壓等反應(yīng) 裝置，設(shè)備簡單，操作方便，所需時(shí)間短，較大程度上節(jié)約工藝成本。
【附圖說明】
[0027] 圖1為實(shí)施例1中的Ti〇2納米材料的掃描電鏡（SEM)的照片； 圖2為實(shí)施例1中的Ti〇2納米材料的透射電鏡（TEM)的照片； 圖3為實(shí)施例1中的Ti化納米材料的X射線衍射狂RD)譜圖； 圖4為實(shí)施例1中的Ti化納米材料的譜圖； 圖5為實(shí)施例1中的Ti化納米材料的紫外可見吸收扣V-Vis)譜圖； 圖6為實(shí)施例1中的Ti化納米材料降解羅丹明溶液的曲線； W上附圖中經(jīng)過激光處理的Ti化標(biāo)注為TiO2-NBs，未處理的Ti化原料標(biāo)注為Ti〇2-〇ri〇
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】 對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029] 實(shí)施例I-Ti化納米材料1: 其制備過程如下： 1)制備Ti化懸濁液：將30mg的Ti〇2粉末加入到0.8g的去離子水中，超聲1-30min。
[0030] 2)激光處理：使用Nd:YAG激光，波長為355皿，功率為0. 1W的激光照射步驟1) 中制備的Ti〇2懸濁液120min。
[0031] 3)離屯、干燥：將步驟2)中使用激光處理后的Ti〇2懸濁液經(jīng)過離屯、后，倒掉上層清 液，放入60-160°C的烘箱中干燥5-24h，最終得到具有可見光催化活性的Ti化納米材料。
[0032]圖1為實(shí)施例1所得Ti化納米材料的掃描電鏡（SEM)的照片，從圖中可W看出，所 得Ti化納米材料為規(guī)整的球狀結(jié)構(gòu)，球的直徑大約為80-200nm。圖2為實(shí)施例所得TiO2納 米材料的透射電鏡（TEM)的照片，從圖中可W看出，Ti化納米球?yàn)閷?shí)屯、球，納米球的直徑與 掃描電鏡所得結(jié)果一致。圖3為實(shí)施例1所得Ti化納米材料的X射線衍射狂RD)譜圖，從 圖中可W看出，所得Ti化為銳鐵礦結(jié)構(gòu)，與使用的Ti〇2原料一樣。圖4為實(shí)施例1所得Ti〇2 納米材料的XPS圖譜，從圖中可W看出，激光處理得到的Ti化納米材料表面形成了Ti-OH和 Ti3+物種。
[003引圖5為實(shí)施例1所得Ti02納米材料的紫外可見吸收扣V-Vis)譜圖。相比作為原 料的Ti化，制備得到的Ti化納米材料在可見光波段范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的吸收。將所得TiO2納 米材料通過光催化降解羅丹明溶液進(jìn)行可見光催化活性表征。實(shí)驗(yàn)過程如下，分為兩組實(shí) 驗(yàn)，分別在光照和黑暗條件下進(jìn)行。將15mL濃度為1. 0*10 5mol/L的羅丹明溶液加入到錐 形瓶中，然后加入5mg的Ti化納米材料作為催化劑，超聲3min，共配置兩份。第一份和第二 份同時(shí)在黑暗條件下攬拌比，分別取樣測試，然后第一份仍然在黑暗條件下攬拌，第二份使 用可見光照射，光源為綠光二級(jí)管，電壓為3. 5V。反應(yīng)時(shí)間為比，2h，化，地，化時(shí)進(jìn)行取樣 巧m。取樣測試方法：反應(yīng)溶液先離心取出上層