一種鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,將鈦酸四丁酯和硝酸鉻,溶解在草酸水溶液中,在加熱并且攪拌的條件蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),然后在馬弗爐進(jìn)行熱處理即獲得鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料。所述鈦酸四丁酯、硝酸鉻及草酸的摩爾比依次為5∶2:50~100。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)便易行,純度高,雜質(zhì)含量低,產(chǎn)品制備成本低,性能優(yōu)異,可以工業(yè)化批量生產(chǎn)。本發(fā)明所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料作為可見(jiàn)光催化材料使用具有較高的催化活性,在降解染料廢水及室內(nèi)有害氣體,光催化消毒等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料的制備技術(shù)領(lǐng)域,具體地說(shuō)是涉及一種鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1972年,F(xiàn)ujishima等人在Nature上發(fā)表了利用T12半導(dǎo)體電極光分解水制取氫氣和氧氣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后,半導(dǎo)體光催化的研究很快掀起了熱潮(參見(jiàn)Honda K, FujishimaA.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode.Nature,1972,238,37—38.)。光催化研究和應(yīng)用已進(jìn)行了很多年,但目前報(bào)道的光催化劑仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜響應(yīng)范圍窄等諸多問(wèn)題問(wèn)題。關(guān)于鈦酸鹽光催化劑的報(bào)道有很多,例如中國(guó)專利CN201310406164報(bào)道了可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑Sr3Ce2Ti6O19及其制備方法。中國(guó)專利CN105251475A報(bào)道了一種新型的光催化劑鈦酸鉻(Cr2Ti5O13)的制備方法和應(yīng)用,但是其固相反應(yīng)技術(shù)耗時(shí)較長(zhǎng)且需要高溫條件,反應(yīng)通常是在700?1050°C下進(jìn)行,從而限制了鈦酸鉻粉體的生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種制備成本低,易于操作控制,反應(yīng)溫度低,目的產(chǎn)物收率高,均一性好,且具有較高催化活性的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法。通過(guò)多組對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)草酸在制備工藝中起著重要作用。所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料,具有良好的光催化性能,光催化降解染料的工藝條件下,60分鐘降解率達(dá)到了 96%以上。本發(fā)明制備方法同樣可以應(yīng)用于其它功能材料的化學(xué)合成研究,且具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,系將鈦酸四丁酯和硝酸鉻,溶解在草酸水溶液中,在加熱并且攪拌的條件蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),接續(xù)高溫反應(yīng)后,即得目的產(chǎn)物。
[0006]作為一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述鈦酸四丁酯、硝酸鉻及草酸的摩爾比依次為5:2:50?100
[0007]進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.01?0.2mol/Lo
[0008]進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的草酸的摩爾濃度為0.1?2.0 mol/Lo
[0009]進(jìn)一步地,本發(fā)明在所述的加熱并且攪拌的條件中,加熱溫度為100°C,攪拌速度為60?300轉(zhuǎn)/分鐘。
[0010]進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C,交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?8 h。
[0011]更進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的高溫反應(yīng)溫度在500?600 °C,反應(yīng)時(shí)間為4?8 h。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下特點(diǎn)。
[0013](I)本發(fā)明開(kāi)發(fā)了制備鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料新工藝路線,產(chǎn)品孔道尺寸在10?20nm之間,禁帶寬度在1.9?2.leV。該工藝制備成本低,操作容易控制,具有較高的生產(chǎn)效率,可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大量生產(chǎn)。
[0014](2)目的產(chǎn)物收率(99.0%?99.6%),產(chǎn)品純度高(99.5 %?99.7 % )可滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)梢?jiàn)光催化材料的要求。
[0015](3)本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料是可見(jiàn)光催化材料,60分鐘降解率可達(dá)到(96.0 %?99.0 % ),具有較高的催化活性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0017]圖1為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料SEM圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料SEM圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料SEM圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料SEM圖。
[0021 ]圖5為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料SEM圖。
[0022]圖6為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料X射線衍射圖。
[0023]圖7為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料紫外可見(jiàn)光譜圖。
[0024]圖8為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料禁帶寬度圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種化學(xué)制備方法,通過(guò)新的化學(xué)途徑制備鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料,其光催化性質(zhì)可以通過(guò)光催化降解典型的染料甲基橙進(jìn)行評(píng)估。本發(fā)明以鈦酸四丁酯和硝酸鉻,溶解在草酸水溶液中,在加熱并且攪拌的條件蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),接續(xù)高溫反應(yīng)后,即得目的產(chǎn)物。本發(fā)明制備步驟是。
[0026](I)將鈦酸四丁酯和硝酸鉻,溶解在草酸水溶液中,鈦酸四丁酯和硝酸鉻的摩爾比為5:2;鈦酸四丁酯和草酸的摩爾比為1:10?20;鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.01?0.2 mol/L;草酸的摩爾濃度為0.1?2.0 mol/Lo
[0027](2)將得到混和溶液在加熱并且攪拌的條件蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。加熱溫度為100 °C,攪拌速度為60?300轉(zhuǎn)/分鐘;交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400 °C,交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?4h0
[0028](3)交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束,再進(jìn)行高溫煅燒,高溫反應(yīng)溫度在500?600 °C,反應(yīng)時(shí)間為4?8 h,溫度下降至室溫,即得目的產(chǎn)物。
[0029](4)利用所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料作為光催化劑(0.2g/L),降解1mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氙燈。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘,達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度變化。
[0030]參見(jiàn)圖1?5所示,為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料SEM圖,可以看出產(chǎn)物為孔道結(jié)構(gòu)分布均一性較好多孔納米材料。圖6為本發(fā)明的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料X射線衍射圖,PDF卡號(hào)為:35-0099。圖7為本發(fā)明所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的紫外光譜圖,的吸收邊在600 nm左右(圖7),禁帶寬度約2.0 eV(圖8)。
[0031]實(shí)施例1。
[0032]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液,在100°C加熱,攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.05 11101/1,草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)溫度在200°C,反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí),交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后,接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng),高溫反應(yīng)溫度在600 °C,反應(yīng)時(shí)間為4 h。自然冷卻后,即得到目的產(chǎn)物。
[0033]產(chǎn)品孔道尺度在10?12nm之間,禁帶寬度為2.leV,其產(chǎn)品的收率為99.1%。產(chǎn)品純度99.5%,雜質(zhì)含量:碳小于0.5%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氣燈。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘,達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度,計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中,60分鐘的降解率為96.2%ο
[0034]實(shí)施例2。
[0035]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液,在100°C加熱,攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5: 2:100。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.1 11101/1,草酸的摩爾濃度為1.0 mol/L。蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)溫度在400°C,反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí),交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后,接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng),高溫反應(yīng)溫度在500 °C,反應(yīng)時(shí)間為8 h。自然冷卻后,即得到目的產(chǎn)物。
[0036]產(chǎn)品孔道尺度在15?20nm之間,禁帶寬度為1.9eV,其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度99.6%,雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氣燈。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘,達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度,計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中,60分鐘的降解率為96.9%ο
[0037]實(shí)施例3。
[0038]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液,在100°C加熱,攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.2 11101/1,草酸的摩爾濃度為2.0 mol/L。蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)溫度在300°C,反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí),交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后,接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng),高溫反應(yīng)溫度在600 °C,反應(yīng)時(shí)間為6 h。自然冷卻后,即得到目的產(chǎn)物。
[0039 ] 產(chǎn)品孔道尺度在1?15 nm之間,禁帶寬度為2.0eV,其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度99.7%,雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氙燈。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘,達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度,計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中,60分鐘的降解率為98.1%。
[0040]實(shí)施例4。
[0041]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液,在100°C加熱,攪拌速度為60轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.05 11101/1,草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)溫度在400°C,反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí),交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后,接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng),高溫反應(yīng)溫度在500 °C,反應(yīng)時(shí)間為8 h。自然冷卻后,即得到目的產(chǎn)物。
[0042 ] 產(chǎn)品孔道尺度在15?18nm之間,禁帶寬度為2.1 eV,其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度99.6%,雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氣燈。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘,達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度,計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中,60分鐘的降解率為99.0%ο
[0043]實(shí)施例5。
[0044]將鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸配成水溶液,在100°C加熱,攪拌速度為150轉(zhuǎn)/分鐘的條件下蒸發(fā)水。其中鈦酸四丁酯、硝酸鉻和草酸的摩爾比為5:2:50。鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.05 11101/1,草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)溫度在300°C,反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí),交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后,接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng),高溫反應(yīng)溫度在500 °C,反應(yīng)時(shí)間為5 h。自然冷卻后,即得到目的產(chǎn)物。
[0045]產(chǎn)品孔道尺度在15?18nm之間,禁帶寬度為2.0eV,其產(chǎn)品的收率為99.6%。產(chǎn)品純度99.6%,雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化納米材料作為光催化劑(0.2g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氣燈。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘,達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度,計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中,60分鐘的降解率為98.9%ο
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō),本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于,將鈦酸四丁酯和硝酸鉻,溶解在草酸水溶液中,在加熱并且攪拌的條件蒸干水后,進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),接續(xù)高溫反應(yīng)后,即得目的產(chǎn)物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于:所述鈦酸四丁酯、硝酸鉻及草酸的摩爾比依次為5:2:50?100。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于:所述的鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.01?0.2 mol/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于:所述的草酸的摩爾濃度為0.1?4.0 mol/Lo5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于:在所述的加熱并且攪拌的條件中,加熱溫度為100°C,攪拌速度為60?300轉(zhuǎn)/分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于:所述的交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C,交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?4 ho7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦酸鉻多孔可見(jiàn)光催化材料的制備方法,其特征在于:所述的高溫反應(yīng)溫度在500?600°C,反應(yīng)時(shí)間為4?8 ho
【文檔編號(hào)】A62D101/28GK105903463SQ201610338136
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】張 杰, 許家勝, 孫嘯虎, 王莉麗, 張艷萍, 楊喜寶, 于祿, 崔巖, 張帆
【申請(qǐng)人】渤海大學(xué)