NH2-MIL-53(Al)/F-TiO2(B)S型异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了NH2‑

【技术实现步骤摘要】
NH2‑
MIL
‑
53(Al)/F
‑
TiO2(B)S型异质结光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化纳米材料
，涉及一种能够光催化治理环境污染的纳米材料及其制备方法，具体为NH2‑
MIL
‑
53(Al)/F
‑
TiO2(B)S型异质结光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]单斜晶系亚稳相TiO2(B)因其比表面积大、活性位点丰富、易功能化、环境友好等特点而备受瞩目。与锐钛矿、金红石和板钛矿TiO2相比，TiO2(B)的导带位置更高，这在热力学上将赋予光生载流子更强的还原能力。然而，较大的禁带宽度致使其仅能被紫外光激发，难以应用于可见光条件下的催化反应。近年来，引入阴离子的半导体缺陷工程被证明可大幅度提升催化剂的可见光利用效率和电子空穴对分离效率，深受众多科研工作者青睐。但是，杂质元素掺杂会削弱催化剂本身的热稳定性，并且仅掺杂后TiO2的载流子复合率依旧较高，进而导致反应效率低下。

技术实现思路

[0003]解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，本专利技术从实际应用角度考量，通过建立新型S型异质结体系可有效促进电子空穴的分离与转移以及提高催化剂的稳定性，是进一步增强光催化性能的重要途经，通过将F掺杂TiO2纳米片原位生长于齿轮状NH2‑
MIL
‑
53(Al)的表面以构筑S型异质结，能够有效弥补单一材料存在的缺陷。鉴于此，本专利技术利用F
>‑
TiO2(B)与NH2‑
MIL
‑
53(Al)两者的复合所产生的界面效应来提升异质结的光学吸收能力、载流子分离效率及活性位点的数量，从而显著提高光催化活性。
[0004]技术方案：本专利技术采用简单温和的一步水热法制得超薄F
‑
TiO2(B)纳米片修饰的分级齿轮状NH2‑
MIL
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53(Al)纳米复合材料，具体包括以下步骤：
[0005]S1、制备F
‑
TiO2(B)光催化剂
[0006]室温下，将四氯化钛缓慢滴入乙二醇溶液中，充分搅拌混合均匀，得到淡黄色混合液A；将超纯水缓慢滴入混合液A中，边滴边搅拌得到分散液B，高温热处理分散液B，得到产物TiO2(B)，将TiO2(B)依次水洗、醇洗和烘干；研磨TiO2(B)并和氟化钠超声分散至异丙醇溶液中得分散液C，将分散液C转移至不锈钢高压釜中，待恒温热反应结束降至室温后，用无水乙醇洗涤，真空干燥，即得到超薄F
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TiO2(B)光催化剂，保存备用；
[0007]S2、制备NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)异质结催化剂
[0008]取硝酸铝、2
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氨基对苯二甲酸与S1合成的F
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TiO2(B)分散于超纯水中，超声分散均匀后，得到分散液D；将分散液D转移至不锈钢高压釜中，恒温热反应，反应结束后自然冷却至室温，然后依次用N,N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇洗涤，真空条件下干燥，得到NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)复合光催化剂。
[0009]优选的，S1中四氯化钛、乙二醇和超纯水的体积比为0.5～1.5:20～50:0.6～1.5；
TiO2(B)、氟化钠、异丙醇的质量g:质量g:体积mL比为0.1～0.3:0.03～0.06:30～60。
[0010]优选的，S1中高温热处理分散液B的温度为120～160℃，处理时间为3～6h；恒温热反应的温度为100～150℃，恒温时间为16～24h。
[0011]优选的，S2中硝酸铝、2
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氨基对苯二甲酸、F
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TiO2(B)、超纯水的质量g:质量g:质量g:体积mL比为0.5～1.5:0.3～0.6:0.1～0.3:30～60。
[0012]优选的，S2中超声分散时间为0.3～0.6h；恒温热反应的温度为120～160℃，恒温时间为2～6h；N,N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇均洗涤3次；真空干燥温度为50～60℃，干燥时间为5～10h。
[0013]以上任一所述方法制备获得的NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结光催化剂。
[0014]优选的，所述光催化剂为超薄F
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TiO2(B)纳米片原位生长于齿轮状NH2‑
MIL
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53(Al)表面的复合型光催化剂。
[0015]优选的，所述光催化剂的光吸收范围为低于477nm。
[0016]以上所述的NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结光催化剂在光催化降解四环素中的应用。
[0017]优选的，降解过程中，催化剂与四环素的质量比为500～1000:9，反应温度为20～30℃。
[0018]本专利技术所述NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结光催化剂的设计思路及工作原理在于：本专利技术设计思路为通过将F掺杂TiO2纳米片原位生长于齿轮状NH2‑
MIL
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53(Al)的表面以构筑S型异质结，建立新型S型异质结体系可有效促进电子空穴的分离与转移以及提高催化剂的稳定性，从而增强光催化降解性能；工作原理为S型异质结可以同时抑制光诱导的电子
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空穴重组，促进光诱导的载流子转移，产生更多的活性电子和空穴，从而产生更多的活性物种，最终进行光催化降解。
[0019]有益效果：(1)本专利技术制备的NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结催化剂，其制备工艺绿色简便、低廉、环保，易于规模化生产，同时该异质结的环境稳定性佳，在针对光能有效转化和环境污染治理方面具备潜在的应用前景。
[0020](2)NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)异质结催化剂拓宽了对可见光的吸收范围，在四环素降解过程中的悬浮特征有效地提升了太阳光利用效率。
[0021](3)NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)异质结催化剂能作为性能优良的可见光光催化材料。F掺杂TiO2(B)的基础上再与NH2‑
MIL
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53(Al)耦合所产生的协同效应既有利于提升光生载流子的寿命，促进光生电子空穴的分离与转移，又有效增强了复合材料的稳定性。因此，NH2‑
MIL
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、制备F
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TiO2(B)光催化剂室温下，将四氯化钛缓慢滴入乙二醇溶液中，充分搅拌混合均匀，得到淡黄色混合液A；将超纯水缓慢滴入混合液A中，边滴边搅拌得到分散液B，高温热处理分散液B，得到产物TiO2(B)，将TiO2(B)依次水洗、醇洗和烘干；研磨TiO2(B)并和氟化钠超声分散至异丙醇溶液中得分散液C，将分散液C转移至不锈钢高压釜中，待恒温热反应结束降至室温后，用无水乙醇洗涤，真空干燥，即得到超薄F
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TiO2(B)光催化剂，保存备用；S2、制备NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)异质结催化剂取硝酸铝、2
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氨基对苯二甲酸与S1合成的F
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TiO2(B)分散于超纯水中，超声分散均匀后，得到分散液D；将分散液D转移至不锈钢高压釜中，恒温热反应，反应结束后自然冷却至室温，然后依次用N,N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇洗涤，真空条件下干燥，得到NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中四氯化钛、乙二醇和超纯水的体积比为0.5～1.5:20～50:0.6～1.5；TiO2(B)、氟化钠、异丙醇的质量g:质量g:体积mL比为0.1～0.3:0.03～0.06:30～60。3.根据权利要求1所述的NH2‑
MIL
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53(Al)/F
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TiO2(B)S型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中高温热处理分散液B的温度为120～160℃，处理时间为3～6h；恒温热反应的温度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚海倩，陈传祥，何秋英，董莹，杨磊，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：