專利名稱：表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑的制備方法，具體涉及表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法。
背景技術：
生產(chǎn)生活中排放的污染物中包括大量具有三致作用的持久性污染物，這些有毒有機化合物在常規(guī)水處理中具有難降解的特性，對其消除是環(huán)境工作者關注的難點。TiO2光催化劑材料在有機污染物的降解，水和空氣的凈化、殺菌和消毒，生態(tài)建筑材料等領域有著非常廣泛的應用前景，因而引起了世界各國政府、產(chǎn)業(yè)部門和學術界的廣泛興趣和關注。在實際應用中，TiO2光催化材料已用于水和空氣的凈化裝置、自潔玻璃表面涂層、抗菌光催化陶瓷面磚等領域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。雖然TiO2作為光催化材料具備不可比擬的性能優(yōu)勢，但是在實際應用中還存在很多缺陷，(I)首先TiO2的帶隙較小(3. 2eV)，使得它對光的吸收僅限于紫外區(qū)，對太陽能的利用率很低；(2)空穴與電子的重新復合影響半導體的光催化效率。由于這些缺陷的存在，使其光催化效率不是很高，仍然無法滿足實際應用的要求。因此，通過對TiO2改性來提高其光催化活性成為迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能促使光生電子和空穴有效分離、提高了光催化活性的表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明制備的光催化劑具有高效的光催化活性，能夠在太陽光和紫外光下高效光催化降解有毒有害物質(zhì)，對有機污染物可完全降解為水和二氧化碳，可應用于多種有機物的光催化降解反應中，降解率均接近100%，具有極大的工業(yè)應用價值。本發(fā)明制備復合光催化劑的反應條件溫和，反應裝置簡單，制備效率高，對被降解物的純度要求低，且可多次回收利用，成本較低。


圖I為所制備的二氧化鈦微球的掃面照片。圖2為負載氧化鎳的二氧化鈦微球復合光催化劑鎳元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10時的投射電鏡照片。圖3為負載氧化鎳的二氧化鈦微球復合光催化劑鎳元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為I 10的樣品和純二氧化鈦微球的紫外可見吸收光譜。圖4為負載氧化鎳的二氧化鈦微球復合光催化劑鎳元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10的樣品和純二氧化鈦在500W氙燈照射下對亞甲基藍的降解率曲線。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細的說明。本發(fā)明的技術方案是在微米尺度的球形二氧化鈦表面負載納米尺度的氧化鎳顆粒，通過浸潰法制備負載鎳的復合光催化劑。由于二者具有不同的能帶結構，能帶位置不同會產(chǎn)生勢能差，形成了一種異質(zhì)結構，促使光生電子和空穴的有效分離，從而提高了其光催化活性。本發(fā)明所述的表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，由以下步驟實現(xiàn)
步驟一制備二氧化鈦微球配制摩爾濃度為0. IM的鹽溶液；按照鹽溶液鈦酸四丁 酯無水乙醇=(0. 3-0.6): (I. 5-2. 5):100的體積比將三者混合，強烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；靜置24h后用無水乙醇離心、洗滌，在真空條件下于80°C干燥12h，即制得球形二氧化鈦顆粒；
步驟二 復合光催化劑的制備配制摩爾濃度為0. 01-0. IM的鎳鹽溶液；按鎳元素與二氧化鈦質(zhì)量比為(0. 001-0. I) : I的比例，將步驟一制備的二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鎳二氧化鈦去離子水=(0. 001-0. I) : 1:20，先將鎳鹽固體粉末用去離子水溶解后，加入步驟一制備的二氧化鈦粉末；磁力攪拌15min后超聲分散15min ,使二氧化鈦微球完全分散到鎳鹽溶液中，靜置3h后在真空條件下于80°C干燥24h，之后將所得粉體在300-500°C焙燒2h，即得到表面負載氧化鎳的二氧化鈦復合光催化劑。步驟一中，鹽溶液為氯化鋰溶液、氯化鈉溶液或氯化鉀溶液等的堿金屬氯化物溶液，且種類不限于此。步驟二中，鎳鹽為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳或乙酸鎳。實施例一
步驟一配制摩爾濃度為0. IM的氯化鋰溶液；按照鹽溶液鈦酸四丁酯無水乙醇=0. 3: 1.5:100的體積比將三者混合，強烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；靜置24h后用無水乙醇離心、洗滌，在真空條件下于80°C干燥12h，即制得球形二氧化鈦顆粒；
步驟二 配制摩爾濃度為0. OlM的氯化鎳溶液；按鎳元素與二氧化鈦質(zhì)量比為0. 001:1的比例，將步驟一制備的二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鎳二氧化鈦去離子水=0. 001:1:20，先將鎳鹽固體粉末用去離子水溶解后，加入步驟一制備的二氧化鈦粉末；磁力攪拌15min后超聲分散15min，使二氧化鈦微球完全分散到鎳鹽溶液中，靜置3h后在真空條件下于80°C干燥24h，之后將所得粉體在300°C焙燒2h，即得到表面負載氧化鎳的二氧化鈦復合光催化劑。實施例二
步驟一配制摩爾濃度為0. IM的氯化鈉溶液；按照鹽溶液鈦酸四丁酯無水乙醇=0. 4:2:100的體積比將三者混合，強烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；靜置24h后用無水乙醇離心、洗滌，在真空條件下于80°C干燥12h，即制得球形二氧化鈦顆粒；
步驟二 配制摩爾濃度為0. 05M的硝酸鎳溶液；按鎳元素與二氧化鈦質(zhì)量比為0. 01:1的比例，將步驟一制備的二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鎳二氧化鈦去離子水=0. 01:1:20，先將鎳鹽固體粉末用去離子水溶解后，加入步驟一制備的二氧化鈦粉末；磁力攪拌15min后超聲分散15min，使二氧化鈦微球完全分散到鎳鹽溶液中，靜置3h后在真空條件下于80°C干燥24h，之后將所得粉體在400°C焙燒2h，即得到表面負載氧化鎳的二氧化鈦復合光催化劑。實施例三
步驟一配制摩爾濃度為0. IM的氯化鈉溶液；按照鹽溶液鈦酸四丁酯無水乙醇=0. 5:2:100的體積比將三者混合，強烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；靜置24h后用無水乙醇離心、洗滌，在真空條件下于80°C干燥12h，即制得球形二氧化鈦顆粒；
步驟二 配制摩爾濃度為0. 05M的硫酸鎳溶液；按鎳元素與二氧化鈦質(zhì)量比為0. 01:1的比例，將步驟一制備的二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鎳二氧化鈦去離子水=0. 01:1:20，先將鎳鹽固體粉末用去離子水溶解后，加入步驟一制備的二氧化鈦粉末；磁力攪拌15min后超聲分散15min，使二氧化鈦微球完全分散到鎳鹽溶液中，靜置3h后在真空條件下于80°C干燥24h，之后將所得粉體在400°C焙燒2h，即得到表面負載氧化鎳的二氧化鈦復合光催化劑。實施例四
步驟一配制摩爾濃度為0. IM的氯化鉀溶液；按照鹽溶液鈦酸四丁酯無水乙醇=0.6: 2. 5:100的體積比將三者混合，強烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；靜置24h后用無水乙醇離心、洗滌，在真空條件下于80°C干燥12h，即制得球形二氧化鈦顆粒；
步驟二 配制摩爾濃度為0. IM的乙酸鎳溶液；按鎳元素與二氧化鈦質(zhì)量比為0. I: I的比例，將步驟一制備的二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鎳二氧化鈦去離子水=0. 1:1:20，先將鎳鹽固體粉末用去離子水溶解后，加入步驟一制備的二氧化鈦粉末；磁力攪拌15min后超聲分散15min ,使二氧化鈦微球完全分散到鎳鹽溶液中，靜置3h后在真空條件下于80°C干燥24h，之后將所得粉體在500°C焙燒2h，即得到表面負載氧化鎳的二氧化鈦復合光催化劑。本發(fā)明涉及的二氧化鈦微球的粒徑為200nm_2 U m,晶型為銳鈦礦型。表面負載的氧化鎳粒徑為10nm-100nm。圖I為所制備的二氧化鈦微球的掃面照片，從同種可以看到二氧化鈦微球直徑大約為500nm表面光滑。圖2為負載氧化鎳的二氧化鈦微球復合光催化劑鎳元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10時的投射電鏡照片，從圖中可以看到氧化鎳晶粒負載在二氧化鈦微球表面，已接近形成一種核殼結構。圖3為負載氧化鎳的二氧化鈦微球復合光催化劑鎳元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10的樣品和純二氧化鈦微球的紫外可見吸收光譜，從圖中可以看到復合光催化劑的光響應范圍發(fā)生了明顯的紅移，在可見光區(qū)(> 400nm)范圍內(nèi)有一定的吸收，實現(xiàn)了催化劑在可見光區(qū)的響應。圖4為負載氧化鎳的二氧化鈦微球復合光催化劑鎳元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10的樣品和純二氧化鈦在500W氙燈照射下對亞甲基藍的降解率曲線，從中可以看出氧化鎳顆粒的負載大大提高了二氧化鈦在可見光條件下的光催化性能。
權利要求
1.表面負載氧化鎳的可見 光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，其特征在于 由以下步驟實現(xiàn) 步驟一制備二氧化鈦微球配制摩爾濃度為O. IM的鹽溶液；按照鹽溶液鈦酸四丁酯無水乙醇=(O. 3-0.6): (I. 5-2. 5):100的體積比將三者混合，強烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；靜置24h后用無水乙醇離心、洗滌，在真空條件下于80°C干燥12h，即制得球形二氧化鈦顆粒； 步驟二 復合光催化劑的制備配制摩爾濃度為O. 01-0. IM的鎳鹽水溶液；按鎳元素與二氧化鈦質(zhì)量比為(O. 001-0. I) :1的比例，將步驟一制備的二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鎳二氧化鈦去離子水=(O. 001-0. I) : 1:20，先將鎳鹽固體粉末用去離子水溶解后，加入步驟一制備的二氧化鈦粉末；磁力攪拌15min后超聲分散15min ,使二氧化鈦微球完全分散到鎳鹽溶液中，靜置3h后在真空條件下于80°C干燥24h，之后將所得粉體在300-500°C焙燒2h，即得到表面負載氧化鎳的二氧化鈦復合光催化劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，其特征在于 步驟一中，鹽溶液為氯化鋰溶液、氯化鈉溶液或氯化鉀溶液。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，其特征在于 步驟二中，鎳鹽為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳或乙酸鎳。
4.根據(jù)權利要求3所述的表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，其特征在于 所述的二氧化鈦微球的粒徑為200nm-2 μ m，晶型為銳鈦礦型。
5.根據(jù)權利要求4所述的表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，其特征在于 所述的表面負載的氧化鎳粒徑為10nm-100nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面負載氧化鎳的可見光響應型球形二氧化鈦復合光催化劑的制備方法。TiO2作為光催化材料具備不可比擬的性能優(yōu)勢，但TiO2帶隙較小，對光的吸收僅限于紫外區(qū)；空穴與電子的重新復合影響半導體的光催化效率。本發(fā)明將鹽溶液、鈦酸四丁酯、無水乙醇混合攪拌形成二氧化鈦溶膠，靜置、離心、洗滌、真空干燥制得球形二氧化鈦顆粒；再將二氧化鈦微球分散到鎳鹽溶液中，磁力攪拌、超聲分散、真空干燥、焙燒得到產(chǎn)品。本發(fā)明制備的光催化劑具有高效的光催化活性，能光催化降解有毒有害物質(zhì)，對有機污染物可完全降解為水和二氧化碳，可應用于多種有機物的光催化降解反應中，降解率均接近100%，具有極大的工業(yè)應用價值。
文檔編號B01J35/08GK102631926SQ20121010301
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權日2012年4月10日
發(fā)明者何選盟, 劉輝, 朱振峰, 李軍奇, 王德方, 郭占云 申請人:陜西科技大學