一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)钛片的预处理；(2)对钛片进行电化学阳极氧化处理，制备固定化TiO2纳米带；(3)采用连续离子层吸附反应方法制备CuS修饰的固定化TiO2纳米带。本发明专利技术方法制备的光催化剂不但能够吸收可见光，而且促进了光生电子-空穴的分离，进而提高光催化效率，能够有效的去除环境中的有机污染物，并避免造成纳米污染。

【技术实现步骤摘要】
一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法
本专利技术属于利用太阳能处理环境中污染物的光催化材料的制备领域，涉及一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法。
技术介绍
TiO2半导体光催化剂在环境治理中表现出了良好的应用前景，因此在过去的几十年中得到了广泛的研究。但是，要实现TiO2光催化剂的实际应用仍然存在很多障碍，因此，设计和制备一款高效的具有实用价值的光催化剂是当务之急。TiO2光催化剂的形貌是影响其光催化性能的重要因素，能够影响载流子的分离、表面活性位点的数量和可接触表面积的大小等，具有良好形貌的TiO2光催化剂能够保证其具有高的可接触表面积，促进反应基团的快速传输，提高光催化性能。由于光生电子和空穴的生命周期很短，其在反应体系中迁移的距离很小，因此，只有吸附在TiO2光催化剂表面的分子才能有效的捕获电子和空穴，被氧化或者还原，因此，光催化剂的可接触表面积对其光催化性能起着至关重要的作用。此外，控制TiO2光催化剂的形貌还能减少光生电子-空穴对的复合。TiO2光催化剂的活性不但受其形貌影响，而且还与其晶相有关，许多研究结果显示锐钛矿相比金红石相表现出更高的光生电子-空穴对分离效率，因此具有更高的光催化活性。利用窄带隙半导体与TiO2进行耦合是一种有效提高TiO2光催化性能的方法。两种半导体耦合需要具有有差异的带隙，才能够有效的减少光生电子-空穴对的复合，增长光生载流子的寿命，并且提高对可见光的响应。CuS是一种重要的半导体过渡金属硫属化合物，作为一种P型半导体，由于其特殊的性能以及在传感器、太阳能转化、催化剂和非线性光学材料等方面的应用，近来受到了广泛的关注。CuS是一种窄带隙半导体(2.0eV)，而且，作为一种无毒的、廉价的和稳定的光催化剂，是一种理想的用于环境污染治理的半导体材料。与CdS和CdSe相比，CuS纳米晶体的毒性更低，在环境污染治理过程中具有更好的环境友好性。CuS和TiO2组成的复合体系不但能够吸收可见光，而且促进了光生电子-空穴的分离，进而提高光催化效率。因此，如何研发一种制备CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的方法，是本专利技术要解决的技术问题，具有重要的现实意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种制备CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的方法，该方法制备的光催化剂不但能够吸收可见光，而且促进了光生电子-空穴的分离，进而提高光催化效率，能够有效的去除环境中的有机污染物，并避免造成纳米污染。本专利技术采取的技术方案如下：一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)钛片的预处理：首先，把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格，然后，分别在纯度为99.5％的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min，并且酸洗30s，最后，用去离子水冲洗干净，并于105℃空气中干燥1h备用；(2)固定化TiO2纳米带制备：对钛片进行电化学阳极氧化处理，以钛片为阳极，铂片为阴极，电解液为乙二醇，保持电压为60-80V恒压，温度为25℃恒温，电极间距为2cm，阳极氧化3-5h，得到的样品在空气中550℃煅烧2h，得到锐钛矿TiO2纳米带；(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备：把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1-2mmol/L的硝酸铜和浓度为1-2mmol/L的硫化钠溶液中浸渍10-20min，然后循环上述操作3-5次，进行连续离子层吸附反应，制得的样品干燥备用。进一步的，所述步骤(1)中酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O＝1∶4∶5组成的混合液。进一步的，所述步骤(2)中的电解液中含有5vol％的水和0.5wt％的氟化铵。CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法，其特征在于，以罗丹明B为目标污染物，控制初始浓度为5mgL-1，置于石英反应器内，控制反应溶液体积为35ml，CuS修饰的固定化锐钛矿TiO2纳米带光催化剂浸入反应溶液中，降解前反应溶液先在暗态条件下搅拌30min，然后，在搅拌状态下用35W氙灯光照2h，反应过程中在既定的时间点取样检测，采用紫外可见分光光度计进行检测，检测波长为552nm。进一步的，所述取样检测设定的时间为每隔30-40min取样一次。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术制备了CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂，酸洗去除钛片表面的氧化层，进行连续离子层吸附反应，该方法便于控制CuS的负载量，并且能够保证负载的均匀性，该催化剂克服了粉末状催化剂应用后需要离心分离的缺陷，有利于催化剂的回收利用，避免了因回收不彻底而造成的水体污染。2、本专利技术的催化剂为带状结构，增大了其有效表面积，提高了跟有机污染物分子的接触，从而提高了其光催化降解效率，此外，该方法制备的TiO2纳米带为单晶锐钛矿结构，有利于光生电荷的传输与分离，进而提高其光催化降解效率。3、本方法制备的TiO2纳米带光催化降解效率高，易于重复使用，并且具有优异的稳定性。一方面，由于CuS的带隙比较窄，能够扩展TiO2纳米带的光响应范围至可见光区域，提高了对可见光的利用，增强了其光催化降解率；另一方面，由于CuS和TiO2纳米带的能级存在差异，导致光生载流子能够在两者之间进行转移和分离，激发电子可以从CuS纳米粒子迁移到TiO2纳米带导带，而空穴聚集在CuS的价带，有效抑制了光生载流子的复合，从而促进了整个光催化体系的光生电子-空穴对的分离效率，提高了其光催化降解率。附图说明图1为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带的扫描电镜照片。由图表明，在TiO2纳米带表面均匀的负载了CuS纳米粒子。图2为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带的透射电镜照片。由图表明，制备的TiO2纳米带为带状结构，表面负载了CuS纳米粒子。图3为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的Uv-vis谱图。由图表明，CuS修饰后明显的提高了TiO2纳米带光催化剂在可见光区的光吸收强度。图4为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的催化性能检测。由图表明，CuS修饰后明显的提高了TiO2纳米带光催化剂在模拟日光辐照下的光催化性能。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)钛片的预处理：首先，把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格，然后，分别在纯度为99.5％的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min，并且酸洗30s，酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O＝1∶4∶5组成的混合液，最后，用去离子水冲洗干净，并于105℃空气中干燥1h备用；(2)固定化TiO2纳米带制备：对钛片进行电化学阳极氧化处理，以钛片为阳极，铂片为阴极，电解液为乙二醇，电解液中含有5vol％的水和0.5wt％的氟化铵，保持电压为60恒压，温度为25℃恒温，电极间距为2cm，阳极氧化5h，得到的样品在空气中550℃煅烧2h，得到锐钛矿TiO2纳米带；(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备：把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1mmol/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)钛片的预处理：首先，把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格，然后，分别在纯度为99.5％的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min，并且酸洗30s，最后，用去离子水冲洗干净，并于105℃空气中干燥1h备用；(2)固定化TiO2纳米带制备：对钛片进行电化学阳极氧化处理，以钛片为阳极，铂片为阴极，电解液为乙二醇，保持电压为60‑80V恒压，温度为25℃恒温，电极间距为2cm，阳极氧化3‑5h，得到的样品在空气中550℃煅烧2h，得到锐钛矿TiO2纳米带；(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备：把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1‑2mmol/L的硝酸铜和浓度为1‑2mmol/L的硫化钠溶液中浸渍10‑20min，然后循环上述操作3‑5次，进行连续离子层吸附反应，制得的样品干燥备用。

【技术特征摘要】
1.一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)钛片的预处理：首先，把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格，然后，分别在纯度为99.5％的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min，并且酸洗30s，最后，用去离子水冲洗干净，并于105℃空气中干燥1h备用；(2)固定化TiO2纳米带制备：对钛片进行电化学阳极氧化处理，以钛片为阳极，铂片为阴极，电解液为乙二醇，保持电压为60-80V恒压，温度为25℃恒温，电极间距为2cm，阳极氧化3-5h，得到的样品在空气中550℃煅烧2h，得到锐钛矿TiO2纳米带；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈清华，辛言君，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37