一种钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种制备简便，无贵金属掺杂，成本低，光催化活性高的钒碳改性氧缺陷二氧化钛光催化剂及制备方法。先是采用水热法制备纳米网状二氧化钛，然后将一定量钒源和碳源溶于水中形成一定浓度的溶液，再将制备的纳米网状二氧化钛分散于该溶液中，搅拌后在180

A vanadium carbon modified oxygen deficient titanium dioxide catalyst and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
, Hadadzadeh H , Kaikhosravi M , et al. Selective Photocatalytic Oxidation of Benzyl Alcohol at Ambient Conditions using Spray
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Dried g
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C3N4/TiO
2 Granules[J]. Molecular Catalysis, 2020, 490:110927），目前光催化剂的实用用途主要集中在有机污染物废水处理、NO
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废气降解等方面，用于化学品的绿色合成方面还很少，通过碳和V
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TiO2的合适匹配，能产生光催化性能好的复合催化剂，在醇选择性氧化领域中具有应用潜力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于选择性光催化氧化苯甲醇及苯甲醇衍生物的钒碳改性氧缺陷二氧化钛的纳米复合催化剂的制备方法，以及该复合催化剂在可见光辐射下醇氧化中的应用。
[0006]本实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：一种钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂，所述催化剂为钒碳改性氧缺陷二氧化钛，结构式为VO
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C@TiO2‑
O
v
。
[0007]所述钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂的结构为纳米棒互穿网状结构，二氧化钛晶型为跃钛矿，钒的价态为+4和+5混合价，碳和氧缺陷在煅烧过程中原位形成。
[0008]所述钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂的钒源为钒氧化合物，碳源为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、酒石酸、草酸、苹果酸、抗坏血酸中的任一种。
[0009]所述钒氧化合物为硫酸氧钒、草酸氧钒、乙酰丙酮氧钒、氯化氧钒、磷酸氧钒中的任一种。
[0010]VO
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的质量分数为10
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35%，碳的质量分数为5
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10%，二氧化钛的质量分数为55
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85%。
[0011]所述的一种钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）水热法制备纳米网状二氧化钛，以粒径20
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60nm的粒状二氧化钛超声分散于水中，加入固体NaOH溶解，然后在120
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160℃加入钛箔一起水热，冷却至室温后将钛箔取出，酸洗后烘干，在300
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400℃煅烧，将钛箔上白色固体刮下收集。
[0012]（2）将一定量钒源和碳源溶于水中形成一定浓度的溶液，将（1）制备的纳米网状二氧化钛分散于该溶液中，搅拌，然后180
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250℃水热，通过离心分离、蒸馏水和无水乙醇洗涤并干燥后得到固体产物。
[0013]（3）将固体产物在马弗炉内经过300℃煅烧，冷却后，再在N2气氛下以2℃/min的升温速度下升至350℃煅烧，得到VO
x
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C@TiO2‑
O
v
。
[0014]所述钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂在苯甲醇光催化制备苯甲醛中的应用。
[0015]所述的钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂在苯甲醇光催化制备苯甲醛中的应用：苯甲醇溶于乙腈中，通氧饱和，在300W可见光模拟光源下室温反应，将苯甲醇及其衍生物选择性氧化成相应的醛或酮；具体过程如下：（a）苯甲醇及衍生物选择氧化在带磁力搅拌装置的石英反应器内进行，可见光模拟光源置入冷却夹套中，循环水冷却，距反应器10cm；将醇反应物溶于乙腈配成3.98g/L溶液，取20mL反应物溶液加入20mg光催化剂混合后转入反应器；在暗反应阶段搅拌0.5h，然后在光照下于室温反应2h；反应结束后，倒出反应混合物及催化剂；（b）催化剂经离心后和反应混合物分离，反应后的溶液加联苯为内标物，采用内标法用气相色谱分析，得反应物转化率和产物产率；
（c）分离后的催化剂，用丙酮洗涤并干燥，将回收的催化剂按步骤（1）反应条件醇光催化氧化反应，催化剂可重复反应。
[0016]本专利技术的有益的技术效果：（1）原料来源丰富，便宜，制备简单，稳定性好。制备过程中无有害有毒中间物产生，复合催化剂化学稳定性，光稳定性好.（2）催化剂为棒块模型，V以VO
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块状结构均匀分布嵌套在纳米棒上，且块状颗粒尺寸为100
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200nm左右。
[0017]（3）TiO2为纳米棒结构，同时棒块模型上有大量的催化活性中心，有利于跟底物的接触接触，有利于提高反应物和活性中心作用效率。
[0018]（4）本专利技术催化剂用于催化苯甲醇及其衍生物氧化反应时，以乙腈为溶剂且无需添加任何碱性助剂，为完全绿色工艺，催化剂具有很好的热稳定性和循环使用性能，催化剂用量小，对苯甲醇及其衍生物的转化率和选择性高。
具体实施方式
[0019]实施例1水热法制备纳米网状二氧化钛，以1g粒状二氧化钛（粒径20
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60nm）超声分散于水中，加入2.6g固体NaOH溶解，然后在140℃加入钛箔一起水热12h，冷却至室温后将钛箔取出，用酸洗6h，然后烘干，在300℃煅烧2h。将钛箔上白色固体刮下收集。将425mg草酸氧钒溶于35mL水中形成12.14mg/mL的溶液，将制备的纳米网状二氧化钛725mg分散于该溶液中，搅拌30min，然后在200℃水热12h，通过离心分离、蒸馏水和无水乙醇洗涤并干燥后得到固体产物。将固体产物在马弗炉内经过300℃煅烧4h，冷却后，再在N2气氛下以2℃/min的升温速度下升至350℃煅烧4h，得到VO
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C@TiO2‑
O
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。
[0020]实施例2水热法制备纳米网状二氧化钛，以1g粒状二氧化钛（粒径20
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60nm）超声分散于水中，加入2.6g固体NaOH溶解，然后在140℃加入钛箔一起水热12h，冷却至室温后将钛箔取出，用酸洗6h，然后烘干，在300℃煅烧2h。将钛箔上白色固体刮下收集。将425mg硫酸氧钒和0.2mg聚乙二醇（PEG）溶于35mL水中形成12.14mg/mL的溶液，将制备的750mg纳米网状二氧化钛分散于该溶液中，搅拌30min，然后在200℃水热12h，通过离心分离、蒸馏水和无水乙醇洗涤并干燥后得到固体产物。将固体产物在马弗炉内经过300℃煅烧4h，冷却后，再在N2气氛下以2℃/min的升温速度下升至350℃煅烧4h，得到VO
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C@TiO2‑
O
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。
[0021]实施例3水热法制备纳米网状二氧化钛，以1g粒状二氧化钛（粒径20
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60nm）超声分散于水中，加入2.6g固体NaOH溶解，然后在140℃加入钛箔一起水热12h，冷却至室温后将钛箔取出，用酸洗6h，然后烘干，在300℃煅烧2h。将钛箔上白色固体刮下收集。将425mg乙酰丙酮氧钒和0.2g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于35mL水中形成12.14mg/mL的溶液，将制备的纳750mg米网状二氧化钛分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于，所述催化剂为钒碳改性氧缺陷二氧化钛，结构式为VO
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C@TiO2‑
O
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。2.按权利要求1所述的钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于，其结构为纳米棒互穿网状结构，二氧化钛晶型为跃钛矿，钒的价态为+4和+5混合价，碳和氧缺陷在煅烧过程中原位形成。3.按权利要求1所述的钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于，钒源为钒氧化合物，碳源为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、酒石酸、草酸、苹果酸、抗坏血酸中的任一种。4.按权利要求1所述的钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于，所述钒氧化合物为硫酸氧钒、草酸氧钒、乙酰丙酮氧钒、氯化氧钒、磷酸氧钒中的任一种。5.按权利要求1
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4任意一项所述的钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于VO
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的质量分数为10
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35%，碳的质量分数为5
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10%，二氧化钛的质量分数为55
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85%。6.按权利要求5所述的一种钒碳改性氧缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）水热法制备纳米网状二氧化钛，以粒径20
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60nm的粒状二氧化钛超声分散于水中，加入固体NaOH溶解，然后在120
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160℃加入钛箔一起水热，冷却至室温后将钛箔取出，酸洗后烘干，在300
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽娟，郑小强，张明剑，欧荣，廖诗艺，向育君，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：