專利名稱：表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)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(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
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(jī)化合物在常規(guī)水處理中具有難降解的特性，對(duì)其消除是環(huán)境工作者關(guān)注的難點(diǎn)。TiO2光催化劑材料在有機(jī)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(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景，因而引起了世界各國政府、產(chǎn)業(yè)部門和學(xué)術(shù)界的廣泛興趣和關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)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(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。雖然TiO2作為光催化材料具備不可比擬的性能優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在很多缺陷，(I)首先TiO2的帶隙較小(3. 2eV)，使得它對(duì)光的吸收僅限于紫外區(qū)，對(duì)太陽能的利用率很低；(2)空穴與電子的重新復(fù)合影響半導(dǎo)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(shí)際應(yīng)用的要求。因此，通過對(duì)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(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
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(duì)有機(jī)污染物可完全降解為水和二氧化碳，可應(yīng)用于多種有機(jī)物的光催化降解反應(yīng)中，降解率均接近100%，具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明制備復(fù)合光催化劑的反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)裝置簡單，制備效率高，對(duì)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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦微球復(fù)合光催化劑鐵元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10時(shí)的投射電鏡照片。圖3為負(fù)載氧化鐵的二氧化鈦微球復(fù)合光催化劑鐵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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦微球復(fù)合光催化劑鐵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(duì)亞甲基藍(lán)的降解率曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。本發(fā)明的技術(shù)方案是在微米尺度的球形二氧化鈦表面負(fù)載納米尺度的氧化鐵顆粒，通過浸潰法制備負(fù)載鐵的復(fù)合光催化劑。由于二者具有不同的能帶結(jié)構(gòu)，能帶位置不同會(huì)產(chǎn)生勢(shì)能差，形成了一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)，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(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，由以下步驟實(shí)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(qiáng)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(fù)合光催化劑的制備配制摩爾濃度為0. 01-0. IM的鐵鹽溶液；按鐵元素與二氧化鈦質(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鐵鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鐵二氧化鈦去離子水=(0. 001-0. I) : 1:20，先將鐵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鐵鹽溶液中，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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦復(fù)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，鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵或乙酸鐵。實(shí)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(qiáng)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的氯化鐵溶液；按鐵元素與二氧化鈦質(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鐵鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鐵二氧化鈦去離子水=0. 001:1:20，先將鐵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鐵鹽溶液中，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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦復(fù)合光催化劑。實(shí)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(qiáng)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的硝酸鐵溶液；按鐵元素與二氧化鈦質(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鐵鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鐵二氧化鈦去離子水=0. 01:1:20，先將鐵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鐵鹽溶液中，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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦復(fù)合光催化劑。實(shí)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(qiáng)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的硫酸鐵溶液；按鐵元素與二氧化鈦質(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鐵鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鐵二氧化鈦去離子水=0. 01:1:20，先將鐵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鐵鹽溶液中，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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦復(fù)合光催化劑。實(shí)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(qiáng)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的乙酸鐵溶液；按鐵元素與二氧化鈦質(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鐵鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鐵二氧化鈦去離子水=0. 1:1:20，先將鐵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鐵鹽溶液中，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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦復(fù)合光催化劑。本發(fā)明所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(fù)載的氧化鐵粒徑為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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦微球復(fù)合光催化劑鐵元素與二氧化鈦的質(zhì)量比為1:10時(shí)的投射電鏡照片，從圖中可以看到氧化鐵晶粒負(fù)載在二氧化鈦微球表面，已接近形成一種核殼結(jié)構(gòu)。圖3為負(fù)載氧化鐵的二氧化鈦微球復(fù)合光催化劑鐵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(fù)合光催化劑的光響應(yīng)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(shí)現(xiàn)了催化劑在可見光區(qū)的響應(yīng)。圖4為負(fù)載氧化鐵的二氧化鈦微球復(fù)合光催化劑鐵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(duì)亞甲基藍(lán)的降解率曲線，從中可以看出氧化鐵顆粒的負(fù)載大大提高了二氧化鈦在可見光條件下的光催化性能。
權(quán)利要求
1.表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于 由以下步驟實(shí)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(qiáng)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(fù)合光催化劑的制備配制摩爾濃度為O. 01-0. IM的鐵鹽水溶液；按鐵元素與二氧化鈦質(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鐵鹽溶液中；或者按照質(zhì)量比鐵二氧化鈦去離子水=(O. 001-0. I) : 1:20，先將鐵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鐵鹽溶液中，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(fù)載氧化鐵的二氧化鈦復(fù)合光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)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(quán)利要求I或2所述的表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于 步驟二中，鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵或乙酸鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)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(quán)利要求4所述的表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于 所述的表面負(fù)載的氧化鐵粒徑為10nm-100nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面負(fù)載氧化鐵的可見光響應(yīng)型球形二氧化鈦復(fù)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(shì)，但TiO2帶隙較小，對(duì)光的吸收僅限于紫外區(qū)；空穴與電子的重新復(fù)合影響半導(dǎo)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鐵鹽溶液中，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，能高效光催化降解有毒有害物質(zhì)，對(duì)有機(jī)污染物可完全降解為水和二氧化碳，可應(yīng)用于多種有機(jī)物的光催化降解反應(yīng)中，降解率均接近100%，具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B01J35/08GK102631923SQ20121010301
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:陜西科技大學(xué)