粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體光催化劑的研究工作，是近些年環(huán)境保護(hù)與修復(fù)的研究熱點(diǎn)，其中二氧化鈦由于無毒性、化學(xué)和生物穩(wěn)定性好以及相對(duì)較高的反應(yīng)活性，為最常用的光催化劑。然而，寬能帶(銳鈦礦3.2eV)導(dǎo)致的低可見光催化活性、低比表面積導(dǎo)致的比較差的吸附能力限制了其大規(guī)模應(yīng)用。研究表明，粘土負(fù)載是金屬氧化物等插入到硅酸鹽粘土層間形成的一種粘土負(fù)載型多孔材料，該結(jié)構(gòu)可以有效的提升催化劑的吸附性能。通過引入擁有大比表面積的粘土為載體，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣大學(xué)者的關(guān)注，尤其是在污水處理和工業(yè)催化方面受到青睞。雖然粘土礦物分布廣泛，價(jià)格低廉，并且具有孔隙率高、耐熱性好、吸附性強(qiáng)等性能，但是單純負(fù)載并未很好的解決可見光催化活性低的問題，如何提高可見光利用率仍然是困擾光催化領(lǐng)域的重大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法。該方法通過硫摻雜進(jìn)入二氧化鈦帶隙使得二氧化鈦能夠被可見光激發(fā)，然后與有良好吸附性能的粘土進(jìn)行復(fù)合制備催化劑，制備的催化劑能夠?qū)梢姽猱a(chǎn)生響應(yīng)，具有了可見光活性。另外，該方法以粘土為基體，和硫摻雜的二氧化鈦進(jìn)行復(fù)合，不但能增強(qiáng)催化劑對(duì)污染物的吸附能力，還能顯著提高催化劑的有效活性位。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]步驟一、將鈦酸正丁酯水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠;所述二甲基亞砜的摩爾量為鈦酸四丁酯摩爾量的I %?5 % ;
[0006]步驟二、將粘土和水混合后超聲分散均勻，得到粘土懸浮液;所述粘土懸浮液中粘土的質(zhì)量濃度為3%?10%;
[0007]步驟三、向步驟一中所述溶膠中滴加步驟二中所述粘土懸浮液，在溫度為60°C?80°C的條件下攪拌反應(yīng)30min?45min，然后靜置Sh?12h;將靜置后的物料離心分離，再將分離得到的沉淀干燥后研磨，得到粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑;所述粘土懸浮液的滴加量為使粘土的質(zhì)量為鈦酸正丁酯摩爾量的50?150倍，其中質(zhì)量的單位為g，摩爾量的單位為mo I。
[0008]上述的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟一中鈦酸正丁酯水解的方法為:將鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的去離子水中，去離子水的體積為鈦酸正丁酯摩爾量的I?2倍，其中體積的單位為mL，摩爾量的單位為mmol。
[0009]上述的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟二中所述粘土為累托石、蒙脫石、海泡石或凹凸棒石。
[0010]上述的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟二中所述超聲分散的時(shí)間為30min?60min。
[0011]上述的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟三中所述離心分離的離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000rpm?4000rpm。
[0012]上述的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟三中所述干燥的溫度為80°C?100°C。
[0013]另外，本發(fā)明還提供了一種上述方法合成的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在催化降解有機(jī)染料酸性紅G中的應(yīng)用。
[0014]上述的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用的方法為:將粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑和酸性紅G溶液混合后置于暗箱中攪拌均勻，然后置于覆蓋有400nm濾光片的鏑燈下催化降解。
[0015]上述的應(yīng)用，其特征在于，粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的質(zhì)量為酸性紅G質(zhì)量的200?300倍。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明的合成方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，易于控制，將粘土負(fù)載與硫摻雜相結(jié)合，合成的催化劑具有可見光活性高、吸附性強(qiáng)、易于回收的特點(diǎn)，拓展了粘土礦物和二氧化鈦資源的利用思路，提高了礦產(chǎn)資源的利用效率。
[0018]2、本發(fā)明以二甲基亞砜為摻雜硫源，避免了其他非金屬元素可能帶來的干擾，通過硫摻雜進(jìn)入二氧化鈦帶隙使得二氧化鈦能夠被可見光激發(fā)，然后與有良好吸附性能的粘土進(jìn)行復(fù)合制備催化劑，制備的催化劑能夠?qū)梢姽猱a(chǎn)生響應(yīng)，具有了可見光活性。另外，以粘土為基體，和硫摻雜的二氧化鈦進(jìn)行復(fù)合，不但能增強(qiáng)催化劑對(duì)污染物的吸附能力，還能顯著提高催化劑的有效活性位。
[0019]3、本發(fā)明的可見光催化劑能夠在可見光下催化降解有機(jī)污染物，可見光照射2h，對(duì)酸性紅G的催化降解率達(dá)到97%以上。
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1合成的可見光催化劑的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法包括以下步驟:
[0024]步驟一、將10mmol鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的10mL去離子水中水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入Immo I 二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠；
[0025]步驟二、將6g累托石和水混合后超聲分散30min，得到質(zhì)量濃度為3%的累托石懸浮液；
[0026]步驟三、向步驟一中所述溶膠中滴加步驟二中所述累托石懸浮液，在溫度為60°C的條件下攪拌反應(yīng)30min，然后靜置8h;將靜置后的物料在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000rpm的條件下離心分離，再將分離得到的沉淀在80°C條件下干燥后研磨，得到粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑。
[0027]本實(shí)施例合成的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在催化降解有機(jī)染料酸性紅G中的應(yīng)用，應(yīng)用的方法為:將200mg粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑和200mL濃度為5mg/L的酸性紅G溶液混合后置于暗箱中攪拌均勾，然后置于覆蓋有400nm濾光片的鏑燈下催化降解，2h后取樣離心，測(cè)量離心后的上清液中酸性紅G的濃度并計(jì)算降解率。
[0028]本實(shí)施例合成的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在可見光下2h內(nèi)對(duì)5mg/L的酸性紅降解率達(dá)到97.6%。
[0029]本實(shí)施例合成的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的XRD圖譜如圖1，從圖中可以看出，粘土累托石的峰(001)信息強(qiáng)烈，證明合成過程中并未破壞粘土的層狀結(jié)構(gòu)；另夕卜，從圖中還可以看出其中的二氧化鈦為銳鈦礦晶型。
[0030]實(shí)施例2
[0031]本實(shí)施例的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法包括以下步驟:
[0032]步驟一、將10mmol鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的200mL去離子水中水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入3mmol二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠；
[0033]步驟二、將15g累托石和水混合后超聲分散60min，得到質(zhì)量濃度為5%的累托石懸浮液；
[0034]步驟三、向步驟一中所述溶膠中滴加步驟二中所述累托石懸浮液，在溫度為70°C的條件下攪拌反應(yīng)40min，然后靜置1h;將靜置后的物料在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3500rpm的條件下離心分離，再將分離得到的沉淀在90°C條件下干燥后研磨，得到粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑。
[0035]本實(shí)施例合成的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在催化降解有機(jī)染料酸性紅G中的應(yīng)用，應(yīng)用的方法為:將200mg粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑和200mL濃度為5mg/L的酸性紅G溶液混合后置于暗箱中攪拌均勾，然后置于覆蓋有400nm濾光片的鏑燈下催化降解，2h后取樣離心，測(cè)量離心后的上清液中酸性紅G的濃度并計(jì)算降解率。
[0036]本實(shí)施例合成的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在可見光下2h內(nèi)對(duì)5mg/L的酸性紅降解率達(dá)到98.3 %。
[0037]實(shí)施例3
[0038]本實(shí)施例的粘土負(fù)載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法包括以下步驟:
[0039]步驟一、將I OOmmo I鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的150mL去離子水中水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入5mmol二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠；
[0040]步驟二、將1g累托石和水混合后超聲分散50min，得到質(zhì)量濃度為10%的累托石懸浮液；