專利名稱：高效二氧化鈦光催化劑制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境化工、新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外二氧化鈦光催化劑的制備方法主要有Sol-gel法、水熱法、沉淀—煅燒法、四氯化鈦高溫氣相氧化法、鈦醇鹽水解法。商業(yè)化生產(chǎn)的二氧化鈦催化劑一般是通過四氯化鈦高溫氣相氧化制得。為了提高二氧化鈦光催化劑的催化性能，人們進(jìn)行了多種二氧化鈦的摻雜改性研究，使二氧化鈦光催化劑的催化活性得到不同程度的提高。但摻雜改性的方法一般是溶膠—凝膠法、水熱法、吸附—煅燒法、離子注入法、光化學(xué)沉積法等，改性的效果隨摻雜元素的種類和方法不同而不同。這些摻雜改性方法一般存在制造成本高或?qū)υO(shè)備要求高，難于實現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高效二氧化鈦光催化劑的制備方法，以廉價易得的無機鈦鹽和氨水沉淀劑為主要原料，并選用一種稀土元素(如鑭等)作為摻雜改性成分，采用共沉淀—煅燒法制備了摻雜改性的納米二氧化鈦光催化劑，獲得比其它方法高的催化活性，并且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
本方法采用共沉淀—煅燒法制備納米二氧化鈦光催化劑，主要制備步驟如以下1、共沉淀反應(yīng)首先配制濃度約1mol.L-1的TiCl4水溶液，然后按摻雜稀土元素(如鑭、鈰、鐠、釹等)與所用TiCl4水溶液所能夠制備的TiO2的重量比為0.5～1.5％稱取稀土金屬的硝酸鹽，并將其加入到TiCl4水溶液中，使之溶解形成TiO2+和稀土金屬離子(如La3+等)的混合溶液。在充分?jǐn)嚢钘l件下，慢慢向混合溶液中先加入按化學(xué)計量的氨水，進(jìn)行中和沉淀反應(yīng)，并接著補加一定量氨水使溶液pH值達(dá)到可以使溶液中的稀土金屬離子沉淀完全的pH值以上，如要使La3+沉淀完全(La3+＜10-5mol.L-1)，應(yīng)使溶液pH值達(dá)到9.33以上，然后接著攪拌反應(yīng)30min.。整個過程發(fā)生如下反應(yīng)
2、共沉淀產(chǎn)物的洗滌在共沉淀反應(yīng)過程中得到的共沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過離心或過濾分離出來。然后，用濃度為0.5mol.L-1左右的稀氨水溶液對分離出來的沉淀產(chǎn)物進(jìn)行充分洗滌三次以上，以便除去沉淀產(chǎn)物中的NH4Cl，并使沉淀產(chǎn)物中吸附少量的氨水。
3、沉淀產(chǎn)物的干燥經(jīng)過氨洗后的沉淀產(chǎn)物在60～80℃真空干燥至能夠研磨成粉末狀。
4、煅燒、研磨制備光催化劑經(jīng)過真空干燥并適當(dāng)研磨成粉末的沉淀物，在800℃下于馬弗爐中煅燒2～3h，然后隨爐冷卻至室溫，取出、研磨后得到摻雜改性的二氧化鈦光催化劑。
本發(fā)明方法的創(chuàng)造性主要表現(xiàn)在把納米二氧化鈦光催化劑的摻雜改性過程與易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的沉淀—煅燒過程有機結(jié)合起來，大大簡化摻雜改性過程，生產(chǎn)成本低，并通過控制工藝條件可以使氮和一種稀土元素共摻于納米二氧化鈦光催化劑中，得到的二氧化鈦光催化劑活性高于其它方法。經(jīng)過用不同方法摻雜改性的二氧化鈦光催化劑的光催化降解模型有機污染物(羅丹明B)的對比實驗，證明了用本方法制備的二氧化鈦光催化劑具有比其它方法高的催化活性。
用本發(fā)明方法制造的二氧化鈦光催化劑由于催化活性高，因而在環(huán)境科學(xué)與工程應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的潛力，由于制備過程的特點，可以在現(xiàn)有濕化學(xué)法生產(chǎn)二氧化鈦的企業(yè)中直接使用，不需新增大量設(shè)備投資。因此，該項技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體實施例方式
實施例11、共沉淀反應(yīng)首先配制濃度約1mol.L-1的TiCl4水溶液100L，然后加入含80g鑭的硝酸鹽，使之溶解形成TiO2+和La3+的混合溶液。在充分?jǐn)嚢钘l件下，慢慢向混合溶液中先加入按化學(xué)計量的氨水，進(jìn)行中和沉淀反應(yīng)，并接著補加一定量氨水使溶液pH＞9.33，使溶液中的稀土金屬離子La3+沉淀完全(La3+＜10-5mol.L-1)，然后接著攪拌反應(yīng)30min.。整個過程發(fā)生如下反應(yīng)
2、共沉淀產(chǎn)物的洗滌在共沉淀反應(yīng)過程中得到的共沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過離心或過濾分離出來。然后，用濃度為0.5mol.L-1左右的稀氨水溶液對分離出來的沉淀產(chǎn)物進(jìn)行充分洗滌三次以上，以便除去沉淀產(chǎn)物中的NH4Cl，并使沉淀產(chǎn)物中吸附少量的氨水。
3、沉淀產(chǎn)物的干燥經(jīng)過氨洗后的沉淀產(chǎn)物在60～80℃真空干燥至能夠研磨成粉末狀。
4、煅燒、研磨制備光催化劑經(jīng)過真空干燥并適當(dāng)研磨成粉末的沉淀物，在800℃下于馬弗爐中煅燒2～3h，然后隨爐冷卻至室溫，取出、研磨后得到摻雜改性的二氧化鈦光催化劑。
對上述方法獲得的光催化劑的性能評價以羅丹明B(10mg/L的水溶液)為光催化降解的模型有機污染物，按光催化劑用量為2g/L與羅丹明B溶液形成懸浮體系，用功率為50W的中壓汞燈作照射光源，光源出口處離光催化反應(yīng)體系的距離為6cm，側(cè)面照射，懸浮體系在磁力攪拌作用下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，以光催化反應(yīng)1h羅丹明B的降解率來評價光催化劑性能。用本實施例制備的摻鑭改性二氧化鈦光催化劑與常用的吸附—煅燒法、溶膠—凝膠法在最佳條件下制備的摻鑭改性光催化劑的性能比較如下表1所示。X—射線衍射研究表明，用本實施例制備的摻雜(如鑭)改性二氧化鈦光催化劑具有銳鈦型晶體結(jié)構(gòu)，并含有微量的金紅石晶體結(jié)構(gòu)。
表1 不同制備方法所得摻鑭改性二氧化鈦光催化劑的性能比較


實施例21、共沉淀反應(yīng)首先配制濃度約1mol.L-1的TiCl4水溶液200L，然后加入含Ce3+為160g的硝酸鹽，使之溶解形成TiO2+和Ce3+的混合溶液，在充分?jǐn)嚢钘l件下，慢慢向混合溶液中加入按化學(xué)計量的氨水，進(jìn)行中和沉淀反應(yīng)，并接著補加一定量氨水使溶液pH＞9.06，使溶液中的Ce3+沉淀完全，然后接著攪拌反應(yīng)30min.。整個過程發(fā)生如下反應(yīng)
2、共沉淀產(chǎn)物的洗滌在共沉淀反應(yīng)過程中得到的共沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過離心或過濾分離出來，然后，用濃度約為0.5mol.L-1的稀氨水溶液對分離出來的沉淀產(chǎn)物進(jìn)行充分洗滌三次以上，以除去沉淀產(chǎn)物中的NH4Cl，并使沉淀產(chǎn)物中吸附少量的氨水；3、沉淀產(chǎn)物的干燥經(jīng)過氨洗后的沉淀產(chǎn)物在60-80℃真空干燥至能夠研磨成粉末狀；4、煅燒、研磨制備光催化劑經(jīng)過真空干燥并經(jīng)研磨成粉末的沉淀物，在800℃下于馬弗爐中煅燒2~3h，然后隨爐冷卻至室溫，取出、研磨后得到摻雜改性的二氧化鈦光催化劑。
實施例31、共沉淀反應(yīng)首先配制濃度約1mol.L-1的TiCl4水溶液500L，然后加入含Pr3+為400g的硝酸鹽，使之溶解形成TiO2+和Pr3+的混合溶液，在充分?jǐn)嚢钘l件下，慢慢向混合溶液中加入按化學(xué)計量的氨水，進(jìn)行中和沉淀反應(yīng)，并接著補加一定量氨水使溶液pH＞8.61，使溶液中的Pr3+沉淀完全，然后接著攪拌反應(yīng)30min.。整個過程發(fā)生如下反應(yīng)
2、共沉淀產(chǎn)物的洗滌在共沉淀反應(yīng)過程中得到的共沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過離心或過濾分離出來，然后，用濃度約為0.5mol.L-1的稀氨水溶液對分離出來的沉淀產(chǎn)物進(jìn)行充分洗滌三次以上，以除去沉淀產(chǎn)物中的NH4Cl，并使沉淀產(chǎn)物中吸附少量的氨水；3、沉淀產(chǎn)物的干燥經(jīng)過氨洗后的沉淀產(chǎn)物在60-80℃真空干燥至能夠研磨成粉末狀；4、煅燒、研磨制備光催化劑經(jīng)過真空干燥并經(jīng)研磨成粉末的沉淀物，在800℃下于馬弗爐中煅燒2~3h，然后隨爐冷卻至室溫，取出、研磨后得到摻雜改性的二氧化鈦光催化劑。
權(quán)利要求
1.高效二氧化鈦光催化劑制備方法，其特征在于采用共沉淀—煅燒法，主要制備步驟如下(1)共沉淀反應(yīng)首先配制濃度約1mol.L-1的TiCl4水溶液，然后按摻雜稀土元素與所用TiCl4水溶液所能夠制備的TiO2的重量比為0.5～1.5％稱取稀土金屬的硝酸鹽，并將其加入到TiCl4水溶液中，使之溶解形成TiO2+和稀土金屬離子的混合溶液；在充分?jǐn)嚢钘l件下，慢慢向混合溶液中先加入按化學(xué)計量的氨水，進(jìn)行中和沉淀反應(yīng)，并接著補加一定量氨水使溶液pH值達(dá)到可以使溶液中的稀土金屬離子沉淀完全的pH值以上，然后接著攪拌反應(yīng)30min.。整個過程發(fā)生如下反應(yīng)(2)共沉淀產(chǎn)物的洗滌在共沉淀反應(yīng)過程中得到的共沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過離心或過濾分離出來；然后，用濃度為0.5mol.L-1左右的稀氨水溶液對分離出來的沉淀產(chǎn)物進(jìn)行充分洗滌三次以上，以便除去沉淀產(chǎn)物中的NH4Cl，并使沉淀產(chǎn)物中吸附少量的氨水；(3)沉淀產(chǎn)物的干燥經(jīng)過氨洗后的沉淀產(chǎn)物在60～80℃真空干燥至能夠研磨成粉末狀；(4)煅燒、研磨制備光催化劑經(jīng)過真空干燥并適當(dāng)研磨成粉末的沉淀物，在800℃下于馬弗爐中煅燒2～3h，然后隨爐冷卻至室溫，取出、研磨后得到摻雜改性的二氧化鈦光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效二氧化鈦光催化劑制備方法，其特征在于摻雜稀土元素選用鑭、鈰、鐠、釹。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效二氧化鈦光催化劑的制備方法，它是以廉價易得的無機鈦鹽和氨水沉淀劑為主要原料，并選用一種稀土元素，如鑭、鈰、鐠、釹等，作為摻雜改性成分，采用共沉淀—煅燒法，方法主要包括步驟有共沉淀反應(yīng)－共沉淀物洗滌－沉淀產(chǎn)物干燥－煅燒、研磨等，最后制備獲得摻雜改性的納米二氧化鈦光催化劑，通過該方法制得的光催化劑具有比其它方法更高的催化活性，制造成本低，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01G23/00GK1631521SQ20041008122
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月6日
發(fā)明者全學(xué)軍, 趙清華, 譚懷琴 申請人:重慶工學(xué)院