二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂、制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂、制备方法和应用，将七水合硫酸亚铁、九水合硫酸铁溶解在去离子水中，并依次加入硅酸钠、钠盐，溶解后加入六亚甲基四胺或四乙基氢氧化铵调节溶液为碱性，进行水热反应，将反应产物水洗涤至中性，干燥、研磨得到硅酸铁纳米片；将硅酸铁纳米片分散去离子水中，加入有机溶剂，得到含硅酸铁的悬浮液；将钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与有机溶剂混合，之后加入水解抑制剂，将其加入到含硅酸铁的悬浮液中，得到反应溶液；对反应溶液依次进行离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨，得到二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂。该催化剂光生载流子分离效率高，铁循环效果好，可有效去除有机污染物。可有效去除有机污染物。可有效去除有机污染物。

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂、制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，涉及二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，还涉及上述催化剂的其制备方法，还涉及上述催化剂的应用。

技术介绍

[0002]废水中有机污染物严重威胁人类身体健康和生态环境可持续发展。芬顿氧化技术可以通过产生强氧化能力的自由基将这些有害的有机污染物降解或矿化为无毒无害的小分子，被认为是有效去除水体中有机污染物的方法。与传统均相芬顿相比，铁基非均相芬顿工艺可以有效减少铁泥、拓宽工作pH范围、但Fe(Ⅱ)的还原仍是该工艺的限速步骤。光催化耦合芬顿的光芬顿技术可以促进Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的循环和光生电子
‑
空穴对的分离，提高H2O2的活化效率，实现有机污染物的有效降解去除，然而该技术的应用仍面临界面电子定向传输效率不理想和光生载流子复合率高等问题。因此在光芬顿协同体系中构建高效界面电子传输和有效光生载流子分离的多相催化剂至关重要。
[0003]二氧化钛因光稳定性好、氧化还原能力强和无毒等特点受到了光催化领域研究者的广泛关注，但光生载流子的快速复合制约了其在光催化领域中的应用。研究发现构建异质结可以实现光生载流子的快速分离，提高光催化效率，但目前许多异质结只是两种催化剂的简单复合，较差的界面接触会阻碍光生载流子的有效分离和转移，导致催化活性较低。中国专利技术专利CN10160719A公开了一种锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料的制备方法，该方法所使用的蒙脱石为一种非铁基的天然蒙脱石，制备过程复杂且不环保，并且所得的复合材料在光芬顿催化方面的应用未见公开。中国专利技术专利CN102580713A公开了一种二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料的制备方法，该方法所使用的硅酸盐矿物为凹凸棒土、硅藻土、海泡石、云母、滑石等，制备过程复杂，并且所得的复合材料在光芬顿催化方面的应用未见公开。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一目的是提供一种二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，解决了现有技术中存在的光芬顿体系的催化活性低的问题。
[0005]本专利技术所采用的第一技术方案是，二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，包括二氧化钛和硅酸铁，二氧化钛纳米颗粒柱撑在硅酸铁的层间，形成n
‑
n型的二氧化钛/硅酸铁异质结。
[0006]本专利技术的特点还在于：
[0007]硅酸铁为类蒙脱石结构，结构式为:Na
(x+y)
(Si
4+4
‑
x
Fe
3+x
)(Fe
3+2
‑
y
Fe
2+y
)O
10
(OH)2·
nH2O，其中0.2≤x≤0.3，0≤y≤0.2，0.3≤n≤10。
[0008]本专利技术的第二目的是提供一种二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的制备方法。
[0009]本专利技术所采用的第二技术方案是，二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的制备
方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、将七水合硫酸亚铁、九水合硫酸铁溶解在去离子水中，并依次加入硅酸钠、钠盐，溶解后加入六亚甲基四胺或四乙基氢氧化铵调节溶液为碱性，然后将其转移到反应釜中进行水热反应，将反应产物水洗涤至中性，干燥、研磨得到硅酸铁纳米片；
[0011]步骤2、将硅酸铁纳米片分散去离子水中，再向其中加入有机溶剂，得到含硅酸铁的悬浮液；
[0012]步骤3、将钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与有机溶剂混合，之后加入水解抑制剂，得到混合溶液，将混合溶液加入到含硅酸铁的悬浮液中，得到反应溶液；
[0013]步骤4、对反应溶液依次进行离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨，得到二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂。
[0014]九水合硫酸铁和七水合硫酸亚铁的摩尔比为1:0.1
‑
1:0.6。
[0015]钠盐为氯化钠或硝酸钠，硅酸钠的摩尔量为0.5
‑
1.0mmol，钠盐的摩尔量为0.2
‑
0.8mmol。
[0016]钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与有机溶剂的摩尔比为1:15
‑
1:50，钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与硅酸铁的比例为0.01
‑
2mmol/g。
[0017]硅酸铁纳米片的阳交换离子量为120
‑
200cmol/kg，层板厚度约为10
‑
40nm，直径约为200
‑
400nm。
[0018]二氧化钛/硅酸铁异质结催化剂的比表面积为45
‑
55m2/g，二氧化钛为锐钛矿相，晶粒尺寸为5
‑
9nm。
[0019]本专利技术的第三目的是提供一种二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂在光芬顿降解有机污染物中的应用。
[0020]有机污染物为苯酚、呋虫胺或磺胺甲噁唑。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术的二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，比表面积大、活性位点多，有利于污染物分子与催化剂的充分接触及反应；二氧化钛与硅酸铁形成的异质结构有利于光生电子
‑
空穴对的分离；二氧化钛/硅酸铁界面处产生的内电场促进光生电子从二氧化钛到硅酸铁的定向迁移；二氧化钛/硅酸铁界面处产生的氧空位拓宽了可见光响应，提高了光催化性能；光芬顿降解有机污染物效果较好，在60min内，可将10
‑
30mg/L的有机污染物(苯酚，呋虫胺，磺胺甲噁唑)完全降解。本专利技术二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的制备方法，通过简单水热法使溶于水溶液中的七水合硫酸亚铁、九水合硫酸铁、硅酸钠和钠盐混合形成具有类蒙脱石结构的硅酸铁，再利用溶胶
‑
凝胶法将带正电的水合钛阳离子引入合成的类蒙脱石结构的层状硅酸铁层间域中，形成具有良好界面效应的缺陷异质结，解决了现有光芬顿催化剂界面电子传输不理想和光生电子空穴对复合率高的问题，进而提高光芬顿体系的催化活性；方法简便、制备过程绿色环保、制备成本低廉。
附图说明
[0022]图1是本专利技术类蒙脱石硅酸铁和二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的X射线衍射谱图；
[0023]图2是本专利技术二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的扫描电镜和透射电镜图片；
[0024]图3是本专利技术类蒙脱石硅酸铁、二氧化钛和二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂
的紫外漫反射图；
[0025]图4是本专利技术类蒙脱石硅酸铁和二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂对苯酚的光芬顿降解性能图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，包括二氧化钛和硅酸铁，二氧化钛纳米颗粒柱撑在硅酸铁的层间，形成n
‑
n型的二氧化钛/硅酸铁异质结。硅酸铁为类蒙脱石结构，结构式为:Na
(x+y)
(Si
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，其特征在于，包括二氧化钛和硅酸铁，所述二氧化钛纳米颗粒柱撑在硅酸铁的层间，形成n
‑
n型的二氧化钛/硅酸铁异质结。2.根据权利要求1所述的二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂，其特征在于，所述硅酸铁为类蒙脱石结构，结构式为:Na
(x+y)
(Si
4+4
‑
x
Fe
3+x
)(Fe
3+2
‑
y
Fe
2+y
)O
10
(OH)2·
nH2O，其中0.2≤x≤0.3，0≤y≤0.2，0.3≤n≤10。3.二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将七水合硫酸亚铁、九水合硫酸铁溶解在去离子水中，并依次加入硅酸钠、钠盐，溶解后加入六亚甲基四胺或四乙基氢氧化铵调节溶液为碱性，然后将其转移到反应釜中进行水热反应，将反应产物水洗涤至中性，干燥、研磨得到硅酸铁纳米片；步骤2、将所述硅酸铁纳米片分散去离子水中，再向其中加入有机溶剂，得到含硅酸铁的悬浮液；步骤3、将钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与有机溶剂混合，之后加入水解抑制剂，得到混合溶液，将所述混合溶液加入到含硅酸铁的悬浮液中，得到反应溶液；步骤4、对反应溶液依次进行离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨，得到二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂。4.根据权利要求3所述的二氧化钛/硅酸铁异质结光芬顿催化剂的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兰，侯晨，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：