專利名稱：增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)金屬氧化物的改性方法，尤其是涉及一種增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，半導(dǎo)體多相光催化降解和消除環(huán)境污染物已成為最活躍的一個(gè)研究方向，在近20年來已發(fā)展成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，TiO2以其具有高活性、安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(耐化學(xué)和光腐蝕)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為環(huán)境治污領(lǐng)域最具開發(fā)前途的環(huán)保型光催化材料。和其它半導(dǎo)體相比，雖然TW2具有較寬的帶寬， 能夠引發(fā)一系列氧化還原反應(yīng)，但是由于二氧化鈦是一種寬禁帶半導(dǎo)體，(銳鈦礦禁帶寬度為3. &V)，只有在紫外光的激發(fā)下才能表現(xiàn)光催化活性，然而太陽光中紫外光的含量只占 3-5%，因此對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改性，使其在可見光甚至是室內(nèi)光源的激發(fā)下產(chǎn)生光催化活性是目前眾多研究的熱點(diǎn)。就提高TiA光催化效率、擴(kuò)展對(duì)太陽光利用的波長范圍這方面而言，表面修飾及摻雜改性等被認(rèn)為是有效的途徑。通過對(duì)半導(dǎo)體材料沉積貴金屬或其它金屬氧化物、硫化物，摻雜離子，光敏化以及表面還原處理等方法引入雜質(zhì)或缺陷，有助于改善TiO2的吸收， 提高穩(wěn)態(tài)光降解量子效率及光催化效能。盡管很多研究表明通過一些物理和化學(xué)的方法引入金屬或非金屬元素，可以調(diào)整二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)，提高其光催化活性。然而，元素的摻雜導(dǎo)致了催化劑晶體的熱穩(wěn)定性欠佳。過量摻雜所引起的缺陷也會(huì)降低其光催化效率。另外重要的是，大多數(shù)傳統(tǒng)的修飾改性方法往往需要高溫高能耗或者復(fù)雜的昂貴儀器，使其無法應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和擴(kuò)展至其它的半導(dǎo)體催化劑。因此，到目前為止，還未有關(guān)于一種新的、工藝簡單的、低能耗的且適用于大部分半導(dǎo)體催化劑的改性方法的報(bào)道出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種操作簡單、能耗低、易于推廣的增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在室溫下將金屬氧化物置于培養(yǎng)皿中；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有金屬氧化物的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為10 180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物。所述的金屬氧化物為Ti02、ai0、W03、Mo03或六1203。
所述的金屬氧化物優(yōu)選Ti02。所述的TiR的顆粒大小為20 25nm，BET比表面積在35 65m2/g。所述的TW2的顆粒大小為21nm。所述的抽真空時(shí)間為10min、30min、60min、120min 或 180min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)方法極其簡單且極易操作；(2)可對(duì)不同金屬氧化物進(jìn)行直接改性，工藝簡單且易重復(fù)；(3)非常適合大面積推廣；(4)低溫真空活化，能耗低，成本低廉；(5)活化后的催化劑具有很高的可見光吸收性能、光催化性能及光解水制氫性能。


圖1為實(shí)施例1處理得到的樣品經(jīng)不同時(shí)間的真空活化后的紫外-可見漫反射圖譜；圖2為實(shí)施例1處理得到的樣品在可見光下對(duì)20mg/L苯酚的降解曲線；圖3為實(shí)施例1處理得到的樣品在可見光下的光解水制氫曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，該方法包括以下步驟(1)室溫下稱取0. 5g商品化的二氧化鈦Degussa P25轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，使顆粒均勻分散在培養(yǎng)皿中，使用的二氧化鈦其顆粒大小為21nm左右，BET比表面積在50m2/g左右；(2)待真空干燥箱的溫度升至470K后，將裝有P25的表面皿迅速放入真空干燥箱內(nèi)，然后立即開啟真空泵抽真空；(3)當(dāng)?shù)竭_(dá)不同的真空活化時(shí)間時(shí)(10，30，60，120，1801^11)，開始放氣并立即將培養(yǎng)皿從真空干燥箱中取出，空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的二氧化鈦。通過苯酚(phenol 20mg/L)的光催化降解實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)所制備樣品的光催化活性。 選擇苯酚是因?yàn)樗鼛в泻茈y被降解掉的苯環(huán)，以及它在環(huán)境污染物中占有很大的比重。苯酚最大吸收波長為270nm。每次取0. 0700g樣品放入IOOml石英光反應(yīng)試管中，再加入70ml 濃度為ZOmgr1的苯酚溶液。首先黑暗狀態(tài)攪拌30min，使苯酚在樣品表面達(dá)到吸附平衡。 然后用1000W的鹵鎢燈照射，波長λ < 420nm的光用濾光片濾掉。光源與玻璃試管的距離為10cm。每間隔池取樣分析，立即進(jìn)行離心，用0.22 μ m微孔過濾器過濾，分離出催化劑， 濾液用Cary 100紫外可見分光光度計(jì)測量溶液在200nm-800nm范圍的吸收強(qiáng)度，根據(jù)濃度與吸光度的關(guān)系曲線，計(jì)算其降解率。光催化制氫的實(shí)驗(yàn)在一個(gè)密封的循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行。先將0. 200g樣品加入到80ml 的甲醇水溶液中(溶液中甲醇的含量為25%，同時(shí)還含有aiil的H2PtCl6 (lg/L))。磁力攪拌上述溶液至均勻后，再將其放置在300W的氙燈下光照120min，使溶液中的Pt納米粒子負(fù)載到催化劑的表面。系統(tǒng)排氣之后，用400nm的濾光片(Newport Corp.)濾掉λ <400nm的紫外光部分，開始進(jìn)行光解水制氫反應(yīng)。產(chǎn)生的氫氣吐用氣相色譜熱導(dǎo)檢測器TCD (Techcomp GC-7890II)進(jìn)行檢測。圖1是經(jīng)實(shí)施實(shí)例1處理得到的二氧化鈦P25在470K溫度下經(jīng)過不同時(shí)間的真空活化后樣品的紫外-可見漫反射圖譜，表明P25經(jīng)過真空活化后對(duì)400-700nm可見光的吸收會(huì)隨著活化時(shí)間的增長而逐漸增強(qiáng)。圖2是實(shí)施實(shí)例1時(shí)，經(jīng)過不同時(shí)間真空活化改性后的P25在可見光下對(duì)20mg/L 苯酚的降解曲線，表明真空活化法可以有效提高P25在可見光下的光催化降解活性。圖3是實(shí)施實(shí)例1時(shí)，經(jīng)過真空活化后的P25在可見光下的光解水制氫曲線a)在波長大于400nm的可見光照射下的光解水制氫實(shí)驗(yàn)；b)可見光照射對(duì)光解水制氫的影響。 表明真空活化法可以有效提高P25在可見光下的光解水制氫能力。實(shí)施例2增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，該方法包括以下步驟(1)在室溫下將ZnO置于培養(yǎng)皿中；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有SiO的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物SiO。實(shí)施例3增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將WO3置于培養(yǎng)皿中；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有WO3的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物WO3。實(shí)施例4增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將MoO3置于培養(yǎng)皿中；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有MoO3的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物MoO3。實(shí)施例5增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將Al2O3置于培養(yǎng)皿中；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有Al2O3的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物A1203。實(shí)施例6增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將TW2置于培養(yǎng)皿中，使用的TW2其顆粒大小為20nm，BET比表面積在 35m2/g ；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有金屬氧化物的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物TiO2。實(shí)施例7增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，包括以下步驟(1)在室溫下將TW2置于培養(yǎng)皿中，使用的TW2其顆粒大小為25nm，BET比表面積在 65m2/g ；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K ；(3)將盛裝有金屬氧化物的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物TiO2。
權(quán)利要求
1.增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在室溫下將金屬氧化物置于培養(yǎng)皿中；(2)開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K;(3)將盛裝有金屬氧化物的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，控制抽真空時(shí)間為10 180min，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法， 其特征在于，所述的金屬氧化物為Ti02、ZnO, WO3> MoO3或A1203。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法， 其特征在于，所述的金屬氧化物優(yōu)選Ti02。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特征在于，所述的TW2的顆粒大小為20 25nm，BET比表面積在35 65m2/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，其特征在于，所述的T^2的顆粒大小為21nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法， 其特征在于,所述的抽真空時(shí)間為10min、30min、60min、120min或180min。
全文摘要
本發(fā)明涉及增強(qiáng)金屬氧化物可見光吸收及光氧化還原能力的處理方法，在室溫下將金屬氧化物置于培養(yǎng)皿中，開啟真空干燥箱，將真空干燥箱的溫度調(diào)至470K，將盛裝有金屬氧化物的培養(yǎng)皿置于真空干燥箱中，并且開啟真空泵抽真空，放氣后將培養(yǎng)皿取出，在空氣中冷卻至室溫并避光保存，即得到處理好的金屬氧化物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明活化后的金屬氧化物在可見光區(qū)的吸收明顯增強(qiáng)，對(duì)有機(jī)污染物苯酚的可見光降解活性，及其在可見光下的光解水制氫的能力都明顯增強(qiáng)，該真空活化改性方法操作極其簡單，成本低廉，周期也較短，能耗低，且對(duì)于很多金屬氧化物都適用，非常適合大面積推廣。
文檔編號(hào)C02F1/30GK102274756SQ20111015642
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者何云翔, 張金龍, 方文章, 綦殿禹, 邢明陽 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)