復(fù)合光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種催化劑及其制備方法，尤其是涉及了光催化技術(shù)領(lǐng)域的一種Sn 摻雜Ti02/CNTs/W03復(fù)合光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米二氧化鈦因其在紫外光下的強氧化能力、高化學(xué)穩(wěn)定性、低成本和環(huán)境友好 等特性而被廣泛研究與應(yīng)用。但是，二氧化鈦催化劑的光催化效率還未滿足現(xiàn)實需求即直 接在太陽光照射下起作用。二氧化鈦的較大的禁域?qū)拵乐刂萍s著其應(yīng)用，并且二氧化鈦 的電子-空穴的快速復(fù)合也導(dǎo)致了其低的量子產(chǎn)率和較弱的光催化效率。因此，為了有效的 利用大量綠色太陽能，近年來，一些改性方法如金屬、非金屬元素摻雜或者與其他功能材料 復(fù)合逐漸被用來開發(fā)可見光響應(yīng)的光催化劑。增強二氧化鈦光催化效率的方法可以歸為兩 類:一是使二氧化鈦形態(tài)學(xué)發(fā)生改變，如通過接枝使其形態(tài)復(fù)雜化，其結(jié)晶狀態(tài)、孔徑和尺 寸發(fā)生改變;二是是化學(xué)改性，通過在二氧化鈦結(jié)構(gòu)中引入其他組分，包括負載和摻雜。
[0003] 碳納米管(CNTs)具有特殊的比表面積和空隙結(jié)構(gòu)，其表面的原子配位不全，導(dǎo)致 表面的活性位置增加，為其作為催化劑提供了基本條件。而氧化鎢作為一種半導(dǎo)體材料，其 禁帶寬度較窄（2.4-2.8eV)，與二氧化鈦復(fù)合會與其產(chǎn)生協(xié)同作用，有利于光生電子的轉(zhuǎn) 移。對于CNTs與TiO 2復(fù)合的研究已有大量報道，反應(yīng)機理研究也開展的比較多;WO3和TiO2研 究也有很多;但是現(xiàn)有領(lǐng)域少有人把TiO 2、CNTs、W03這三者放在一起復(fù)合研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對目前碳納米管和二氧化鈦復(fù)合光催化劑的光催化效率不 高等問題，提供一種Sn摻雜Ti02/CNTs/W0 3復(fù)合光催化劑及其制備方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一、一種Sn摻雜Ti〇2/CNTs/W〇3復(fù)合光催化劑：
[0007] 由以下重量份的成分組成：1_5重量份的碳納米管、5_10重量份的氧化媽和85-95 重量份的二氧化鈦，其中二氧化鈦摻雜有其質(zhì)量5-10 %的錫。
[0008] 所述的復(fù)合光催化劑為微球狀，銳鈦礦相，顆粒尺寸5-15nm。
[0009] 二、一種Sn摻雜Ti〇2/CNTs/W03復(fù)合光催化劑的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 1)分別配制含有氯化錫和偏鎢酸的溶液A、含有單壁碳納米管的溶液B和含有鈦酸 丁酯的溶液C;
[0011] 2)持續(xù)攪拌情況下，將溶液A與溶液B緩慢加入溶液C中，再攪拌30min后常溫下陳 化24h，得到濕凝膠，先用蒸餾水洗滌兩次，再用無水乙醇洗滌兩次；
[0012] 3)將洗滌后的濕凝膠置于烘箱中干燥得到干凝膠；
[0013] 4)將干燥后得到的干凝膠置于電阻爐從常溫以2°C每分鐘升溫至400°C~500°C后 并維持溫度煅燒2h，得到Sn摻雜Ti02/CNTs/W03復(fù)合催化劑。
[0014] 步驟2)種主要控制使得混合溶液中水、鈦酸丁酯和無水乙醇的重量比為1-2:2-4: 8-16〇
[0015] 所述溶液A采用以下方式配制：先將0.08-0.16重量份氯化錫與0.03-0.06重量份 偏鎢酸銨加入蒸餾水中，維持濃度分別在0.2-0.4111〇1.1/1和8-16臟〇1.1/1，攪拌101^11，將 得到的溶液與2.4-4.8重量份的無水乙醇攪拌30min，充分溶解后得溶液A。
[0016] 所述溶液B采用以下方式配制：將0.001-0.02重量份單壁碳納米管分散液用磁力 攪拌器攪拌30min，得溶液B，溶液B中單壁碳納米管重量濃度為0.1 g · IZ1。
[0017] 所述溶液C采用以下方式配制：將2.4-4.8重量份的鈦酸丁酯邊滴邊攪拌加入到 7.2-14.4重量份的無水乙醇中，再持續(xù)攪拌30min，得溶液C。
[0018] 所述的單壁碳納米管分散液購于中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司。
[0019 ] 所述步驟3)中置于烘箱中105 °C干燥12h。
[0020] 所述步驟4)中將干燥后得到的干凝膠置于電阻爐從常溫以2°C每分鐘升溫至400 。(:~500°C后并維持溫度煅燒2h。
[0021] 本發(fā)明復(fù)合催化劑的有益效果是：
[0022] 與常見的二元復(fù)合催化劑相比，本發(fā)明的復(fù)合材料顯示出更大的比表面積，它們 之間具有協(xié)同效應(yīng)，促進納米^?氧化欽的電荷轉(zhuǎn)移速率，從而提尚光催化效率。
[0023]本發(fā)明實施采用溶膠凝膠法進行制備，可應(yīng)用于IOmg · I/1羅丹明B與IOmg · IZ1甲 基橙的光催化降解，具有很高的光催化效率。
[0024]附圖表說明
[0025]圖1是復(fù)合催化劑光催化降解5mg · L-I羅丹明B水溶液的降解率柱形圖，其中P-25 是市場上使用比較廣泛的德固賽二氧化鈦，圖中P-25表示在紫外光光照下60min羅丹明B水 溶液的降解率，其他為實施例1-4所制備的Sn摻雜Ti0 2/CNTs/W03復(fù)合催化劑在紫外光光照 下60min羅丹明B水溶液的降解率。
[0026]圖2是復(fù)合催化劑光催化降解5mg · L-I甲基橙水溶液的降解率柱形圖，其中P-25 是市場上使用比較廣泛的德固賽二氧化鈦，圖中P-25表示在紫外光光照下60min甲基橙水 溶液的降解率，其他為實施例1-4所制備的Sn摻雜Ti0 2/CNTs/W03復(fù)合催化劑在紫外光光照 下60min甲基橙水溶液的降解率。
[0027]表1是復(fù)合催化劑不同樣品的孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，主要由比表面積、比孔容和平均孔徑組 成，表中P-25是市場上使用比較廣泛的德固賽二氧化鈦，其他為實施例1-4所制備的Sn摻雜 Ti02/CNTs/W03復(fù)合催化劑。
[0028]表2是復(fù)合催化劑不同樣品的XRD數(shù)據(jù)，主要列舉了2Θ角在一定范圍內(nèi)的最大吸收 峰對應(yīng)的2Θ角和強度，表中樣品為實施例1 -4所制備的Sn摻雜Ti02/CNTs/W03復(fù)合催化劑。 [0029]表3是復(fù)合催化劑的禁帶寬度數(shù)據(jù)，是根據(jù)其紫外漫反射數(shù)據(jù)計算出來的，其中P-25是市場上使用比較廣泛的德固賽二氧化鈦，表中其他樣品為實施例1-4所制備的Sn摻雜 Ti02/CNTs/W03復(fù)合催化劑。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0031] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用 于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件或按 照制造廠商建議的條件。除非另外說明，否則百分比都是按重量計算，所用原料、試劑、溶劑 均為市售產(chǎn)品。
[0032]本發(fā)明的實施例如下：
[0033] 實施例1:
[0034]先將0.08重量份的氯化錫與0.03重量份偏鎢酸銨加入一定量蒸餾水中，維持濃度 分別在0.2111〇1.1/1和8111111〇1.1/1，攪拌101^11，將得到的溶液與2.4重量份的無水乙醇攪拌 30min，充分溶解后得溶液A。
[0035] b)將0.001重量份的單壁碳納米管分散液用磁力攪拌器攪拌30min，得溶液B，其中 單壁碳納米管重量濃度為IOmg · ml/1。
[0036] c)將2.4重量份鈦酸丁酯邊滴邊攪拌加入到7.2重量份的無水乙醇中持續(xù)攪拌 30min，得溶液C。
[0037] d)持續(xù)攪拌情況下，將溶液A與溶液B緩慢加入溶液C中，主要控制混合溶液中水、 鈦酸丁酯和無水乙醇的重量比為1:2:8，再攪拌3〇 1^11后常溫下陳化2411，得到濕凝膠，用蒸 餾水與無水乙醇各洗滌兩次。
[0038] e)將濕凝膠放于烘箱中105 °C干燥12h，得到干凝膠。
[0039] f)將干燥后得到的粉末于電阻爐以2°C每分鐘升溫至450°C煅燒2h，得到Sn摻雜 Ti02/CNTs/W03復(fù)合催化劑。
[0040] 實施例2:
[0041] a)先將0.16重量份的氯化錫與0.06重量份偏鎢酸銨加入蒸餾水中，維持濃度分別 在0.4111〇1.1^-1和16111111〇1.1^-1，攪拌101^11，將得到的溶液與4.8重量份的無水乙醇攪拌 30min，充分溶解后得溶液A。
[0042] b)將0.02重量份的單壁碳納米管分散液用磁力攪拌器攪拌30min，得溶液B，其中 單壁碳納米管重量濃度為IOmg · mL-1。
[0043] c)將4.8重量份鈦酸丁酯邊滴邊攪拌加入到14.4重量份的無水乙醇中持續(xù)攪拌 30min，得溶液C