一种高活性光催化剂及其制备方法和应用技术

一种高活性光催化剂的制备方法，包括以下步骤：A、按质量份数将100份二氧化钛、6

【技术实现步骤摘要】
一种高活性光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂
，具体涉及一种高活性光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业技术的不断发展，化工工厂排放的有机污染物极易导致水体富营养化，影响到水体中鱼类的生存，甚至是人类饮用水的安全，因此需要催化剂降解水中的有机物以保护生态环境。二氧化钛是一类有效的光催化剂，在光照条件下能够催化降解有机污染物。但当前二氧化钛的制备手段单一，且催化活性不能满足工业生产的需要。
[0003]静电纺丝法是一类利用电场力制备纤维，至少烧结成纳米纤维结构的方法，原理如下：首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡，再通过热处理将纤维内的有机物去除，得到纳米纤维管，，得到的纳米纤维管的直径可达到20
‑
200纳米。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中二氧化钛光催化剂活性差不足以满足生产需要的问题，本专利技术提供一种高活性光催化剂及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术采用的方案如下：一种高活性光催化剂的制备方法，包括以下步骤：A、按质量份数将100份二氧化钛、6
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12份石墨烯和4
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12份硝酸铈铵混合，加入等同于上述原料总质量2
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3倍的N，N
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二甲基甲酰胺和3
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5倍的溶剂，在1200
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1600rpm的转速条件下搅拌10
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30min，加入冰醋酸调节pH值至1.5
‑
3；B、加入溶剂总质量12
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18%的聚乙烯吡咯烷酮作为纺丝助剂，在300
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800rpm的转速条件下搅拌直至溶液无大颗粒；C、将步骤B得到的混合溶液通过静电纺丝工艺制备得到前驱体，所述静电纺丝的工艺条件是电源电压12
‑
18kV、针头与收集装置的间距为16
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20cm、注射器流量是0.8
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1.2mL/min，其中收集装置采用滚轮收集，滚轮的转速是80
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150rpm；D、将步骤C得到的前驱体经热处理得到铈掺杂二氧化钛与石墨烯复合的纳米纤维状高活性光催化剂，所述热处理在氮气氛围、温度为400
‑
600℃。
[0006]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤A所述溶剂是水、乙醇、丙酮其中的一种或几种的任意比例的组合。
[0007]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤A所述石墨烯是氧化石墨烯或氮掺杂石墨烯。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤B在搅拌时加热溶液，加热时温度条件是
60
‑
80℃。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤B中聚乙烯吡咯烷酮是平均分子量是130W的K88
‑
K96。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤C静电纺丝时使用10mL的注射器，针头的直径为0.67mm。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤C静电纺丝时的温度是30
‑
50℃，湿度是10
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20%RH。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤D热处理时从室温以8
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10℃/min的速率升温至240
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260℃保温1.5
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2.5h，之后以2
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3℃/min的速率升温至400
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600℃并保温6
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10h，之后自然冷却至室温。
[0013]一种高活性光催化剂，由高活性光催化剂的制备方法制备得到，是铈掺杂二氧化钛与石墨烯复合的纳米纤维状高活性光催化剂，其中纳米纤维的平均直径是80
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200纳米。
[0014]一种高活性光催化剂在催化降解有机污染物中的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：（1）提供了一种制备高活性掺杂、复合型光催化剂的方法；（2）制备得到的复合型光催化剂的催化活性有了明显的提高，相对于工业二氧化钛的催化活性提升了约2.5倍以上。
具体实施方式
[0016]二氧化钛是一种常用的光催化剂，用于有机物的降解，但是催化活性限制了其广泛的应用，利用静电纺丝法能够制备得到纳米级的纤维状二氧化钛，增大其比表面积，增大了其参与催化反应时与有机物的接触面积，进而提高催化活性；石墨烯是一类具有良好导电性的网状结构，能够更快地转移电子。将二氧化钛与石墨烯复合，二氧化钛经光照产生的光生电子能够更快地被石墨烯运输，加快形成光生空穴，进而加快氧化反应形成OH
‑
自由基，达到提高催化反应速率、提高催化活性的目的。同时，在二氧化钛结构体内掺杂加入可变价的铈，三价铈和四价铈同时存在，使得电子在结构体内部具有良好的电子转移特性，光生电子极易被四价铈捕获生成三价铈，这样形成的空穴更稳定，提升了空穴的氧化效果，进而提升催化效果。
[0017]以下结合实施例对本专利技术作进一步的描述，实施例仅用于对本专利技术进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本专利技术权利要求范围内。
[0018]实施例1一种高活性光催化剂的制备方法，包括以下步骤：A、按质量份数将100份二氧化钛、6份石墨烯和4份硝酸铈铵混合，加入等同于上述原料总质量2倍的N，N
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二甲基甲酰胺和3倍的溶剂，在1200rpm的转速条件下搅拌10min，加入冰醋酸调节pH值至1.5；B、加入溶剂总质量12%的聚乙烯吡咯烷酮作为纺丝助剂，在300rpm的转速条件下搅拌直至溶液无大颗粒；C、将步骤B得到的混合溶液通过静电纺丝工艺制备得到前驱体，所述静电纺丝的
工艺条件是电源电压12kV、针头与收集装置的间距为16cm、注射器流量是0.8mL/min，其中收集装置采用滚轮收集，滚轮的转速是80rpm；D、将步骤C得到的前驱体经热处理得到铈掺杂二氧化钛与石墨烯复合的纳米纤维状高活性光催化剂，所述热处理在氮气氛围、温度为400℃。
[0019]具体地，步骤A所述溶剂是水。
[0020]具体地，步骤A所述石墨烯是氧化石墨烯。
[0021]具体地，步骤B在搅拌时加热溶液，加热时温度条件是60℃。
[0022]具体地，步骤B中聚乙烯吡咯烷酮是平均分子量是130W的K88
‑
K96。
[0023]具体地，步骤C静电纺丝时使用10mL的注射器，针头的直径为0.67mm。
[0024]具体地，步骤C静电纺丝时的温度是30℃，湿度是10%RH。
[0025]具体地，步骤D热处理时从室温以8℃/min的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高活性光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按质量份数将100份二氧化钛、6
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12份石墨烯和4
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12份硝酸铈铵混合，加入等同于上述原料上述原料总质量2
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3倍的N，N
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二甲基甲酰胺和3
‑
5倍的溶剂，在1200
‑
1600rpm的转速条件下搅拌10
‑
30min，加入冰醋酸调节pH值至1.5
‑
3；加入溶剂总质量12
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18%的聚乙烯吡咯烷酮作为纺丝助剂，在300
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800rpm的转速条件下搅拌直至溶液无大颗粒；将步骤B得到的混合溶液通过静电纺丝工艺制备得到前驱体，所述静电纺丝的工艺条件是电源电压12
‑
18kV、针头与收集装置的间距为16
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20cm、注射器流量是0.8
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1.2mL/min，其中收集装置采用滚轮收集，滚轮的转速是80
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150rpm；将步骤C得到的前驱体经热处理得到铈掺杂二氧化钛与石墨烯复合的纳米纤维状高活性光催化剂，所述热处理在氮气氛围、温度为400
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600℃。2.根据权利要求1所述的高活性光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤A所述溶剂是水、乙醇、丙酮其中的一种或几种的任意比例的组合。3.根据权利要求1所述的高活性光催化剂的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施一新，
申请(专利权)人：施一新，
类型：发明
国别省市：