多孔掺铁二氧化钛光催化剂的制备方法技术

一种光催化剂技术领域的多孔掺铁二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：向乙二醇溶剂中依次加入固体六水合三氯化铁ＦｅＣｌ↓［３］.６Ｈ↓［２］Ｏ和钛酸丁酯Ｔｉ（ＯＣ↓［４］Ｈ↓［９］）↓［４］，进行搅拌回流并冷却至室温；再将冷却后的溶液置于离心机中进行分离，然后将其置于无水乙醇中进行若干次分散和清洗，得到金属醇盐固体；在进行干燥处理和加热处理后，获得多孔掺铁二氧化钛光催化剂的固体粉末。本发明专利技术所制备获得的多孔掺铁二氧化钛光催化剂在降解有机污染物分子的反应中具有高的光催化活性，其活性高于工业品纳米二氧化钛光催化剂Ｐ２５，并具有高稳定性，可以循环使用，相比现有技术中的催化剂活性更加持久。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光催化剂
的制备方法，具体是一种多孔掺铁二 氧化钛光催化剂的制备方法。
技术介绍
在全球经济日益繁荣和工业化高速发展的今天，环境污染问题已成为一个直 接威胁人类生存而亟待解决的焦点问题，为此，科学家们已发展了生物化学和物 理化学等方法来消除存在于大气、土壤和水中的有害化学物质，但这些方法投入 较大，时效较短，而半导体光催化剂应用于环境污染治理具有高光化学转化效率， 高稳定性及对各类有机污染物进行深度氧化的高包容性，一开始就受到科学家的 广泛关注。在目前的环境光催化研究中，二氧化钛(Ti02)是人们研究最多也被视为最佳的半导体材料光催化剂。与块体二氧化钛相比，纳米尺度的二氧化钛由 于其有更大的比表面积而呈现更高的光催化活性，因此在解决环境问题上被寄予了厚望。然而，纳米二氧化钛材料在消除水污染的实际应用中却面临着难于分离 和容易失活的问题。将纳米二氧化钛固定在一个特定的载体上可以成功地解决分 离问题，但在这种情况下，由于表面积减小光催化活性明显降低。最近，具有多 孔结构的微米、亚微米尺度的二氧化钛光催化剂备受人们的关注，因为这类光催 化剂不仅易于分离，而且具有和纳米光催化剂相当的光催化活性。尽管在多孔材 料的开发方面科学家付出了巨大努力，也取得了丰硕成果，仍存在许多困难制约 着此类材料的发展。第一个困难来自钛前驱体的高反应活性，快速的水解和缩聚 反应往往使反应难于控制；第二个困难来自无机骨架在晶化过程中的热不稳定 性，加热晶化往往使骨架完全坍塌。为了克服这些困难，实验过程往往十分复杂， 反应条件十分苛刻。因此，急需研究出一种制备多孔材料的简单而易于操作的方 法。另外，将过渡金属掺入二氧化钛可以抑制光生电子-空穴对的复合速率，最 终提高光催化材料的催化活性，这一观点已被人们普遍接受。因此，在二氧化钛 材料中，将材料的多孔性和过渡金属掺杂相结合将得到活性更高，同时易于从反 应体系中分离的催化剂。经过对现有技术的检索发现，J. A. Byrne等人在Appl. Catal., B Environ. 杂志(1998年第17期第25-36页)"固定二氧化钛粉末用于污水处理"中提出 了一种方法，将二氧化钛粉末固定在特定载体上，以解决纳米二氧化钛难于分离 的问题，但与粉末样品相比，固定在载体上的二氧化钛粉末的催化活性明显降低;另外经过检索发现，Xie等人于Inorg. Chem.杂志(2006年第45期第 3493-3495页)"大量制备二氧化钛空心球"中提出了一种方法以制备一种介孔 二氧化钛微米球，由于该材料为金红石相组成，因此有较低的光催化活性。Chen 等人制备的介孔二氧化钛纤维虽然具有较高的催化活性，但其制备方法使用了昂 贵的表面活性剂，同时还使用了要求比较高的电纺技术。该工作发表在J. Phys. Chem. B杂志(2006年第110期第11199-11204页)，题目为"具有介孔孔壁 的长的二氧化钛空心纤维溶胶-凝胶结合电纺制备以及光催化性质"。因此，现阶段急需一种易于操作的廉价方法以制备高催化性能的微米尺度的 多孔二氧化钛光催化剂。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种多孔掺铁二氧化钛光催化剂 的制备方法，通过合成具有非化学计量比的异核金属醇盐 FeJUOCH^I^Oh ，其中0%<1^9%，可以进一步应用已合成的醇盐作为单源前驱体，经过简单的热处理，直接获得多孔掺铁的二氧化钛光催化剂 Fe-Ti02。该多孔掺铁二氧化钛光催化剂在降解有机污染物分子(苯酚)的反应 中具有高的光催化活性，其活性高于工业品纳米二氧化钛光催化剂P25，并具有 高稳定性，可以循环使用，相比现有技术中的催化剂活性更加持久。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术具体包括以下步骤 第一步向50 ml的乙二醇溶剂中依次加入0. 0025g 0. 030g的固体六水 合三氯化铁FeCl"6H20和5ml的钛酸丁酯1^(0(:4119)4 ，进行搅拌回流并冷却至 室温。所述的搅拌回流具体是指将第一步中所获得的溶液搅拌15 35分钟后， 将该溶液转移到圆底烧瓶中，在180。C环境下回流3 5小时，然后自然冷却至室温。第二步将第一步所得到的冷却后的溶液置于离心机中进行分离，然后将其置于无水乙醇中进行若干次分散和清洗，得到金属醇盐固体。重复操作上述分散和清洗步骤3次后获得金属醇盐固体，在金属醇盐固体中 铁的摩尔百分比大于0%且小于等于9%。第三步将第二步中所得的金属醇盐固体进行干燥处理，得到异核金属醇盐 前驱体固体粉末。s所述的干燥处理具体是指将金属醇盐固体在5(TC的温度环境下进行6小时的干燥处理，获得异核金属醇盐F^Ti^(OCH2CH,OL前驱体固体粉末，其中0% < " 9% ;第四步将第三步中所得到的异核金属醇盐前驱体固体粉末进行加热处理， 获得多孔掺铁二氧化钛光催化剂的固体粉末。所述的加热处理具体是指将异核金属醇盐前驱体固体粉末置于马弗炉中以350 55(TC的温度加热2小时，以除去其中的有机组分，获得多孔掺铁二氧化 钛光催化剂Fe-Ti02 ，该多孔掺铁二氧化钛光催化剂Fe-Ti02中铁的摩尔百分比 大于0%且小于等于9%。本专利技术所得多孔掺铁二氧化钛Fe-TiO,光催化剂的催化活性评价体系如下所有光催化实验都在环形石英反应器中进行，反应过程用循环水冷却，维持在 20°C±2°C;以苯酚为目标降解物，苯酚的摩尔浓度为4.0 X1(T M;反应期间 剧烈搅拌并有氧气泵入；紫外灯源是400 W的高压汞灯，主要输出波长为313 nm; 所有光催化实验用的催化剂量都为0. 8g，苯酚水溶液的量为700 ml;每个反应 持续50分钟，每10分钟取一次样，每次取样量为3ml。用微孔过滤针头分离固 体粉末，苯酚的残留量用液体紫外可见光谱分析，苯酚的特征吸收波长为270 nm。 本专利技术与现有技术相比方法简单直接，使用绿色反应物替代昂贵的表面活 性剂，所用溶剂污染小，合成过程耗时少，对设备要求不高，反应条件不苛刻； 本专利技术所得催化剂有较大的介观尺度(达到微米级)，具有易于从反应体系分离 的特点，解决了纳米二氧化钛光催化剂难以分离的难题，同时在降解水中有机污 染物分子(苯酚)中表现出优异的催化活性和稳定性，重复使用五次无失活现象; 本专利技术采用的异核金属醇盐前驱体在空气中状态稳定，在水中也不水解。加热后 形貌不发生改变。附图说明图1为实施例1的x-射线衍射谱图。图2为实施例1的紫外可见漫反射光谱图。图3为实施例1的电子自旋共振谱图。图4为实施例1中放大至1 ix m的扫描电镜照片。图5为实施例1中放大至500nm的透射电镜照片。图6实施例2 X射线衍射谱图中a为温度一X射线衍射谱图，b为铁掺杂量一X射线衍射谱图。图7为实施例2的电子自旋共振谱图。图8为实施例2等温曲线图和孔分布图中a为氮气吸附脱附等温曲线图，b为孔分布图。图9为实施例2中放大的透射电镜照片；图中a为放大至500nm照片，b为放大至lOOnm照片，c为放大至50nm照 片，d为放大至10nm照片。图10为实施例3的催化剂活性与温度比较图。图11为实施例4的催化剂活性与铁掺杂量比较图。图12为实施例5的降解时间比较图。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔掺铁二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：　第一步：向５０ｍｌ的乙二醇溶剂中依次加入０．００２５ｇ～０．０３０ｇ的固体六水合三氯化铁ＦｅＣｌ↓［３］.６Ｈ↓［２］Ｏ和５ｍｌ的钛酸丁酯Ｔｉ（ＯＣ↓［４］Ｈ↓［９］）↓［４］，进行搅拌回流并冷却至室温；　第二步：将第一步所得到的冷却后的溶液置于离心机中进行分离，然后将其置于无水乙醇中进行若干次分散和清洗，得到金属醇盐固体；　第三步：将第二步中所得的金属醇盐固体进行干燥处理，得到异核金属醇盐前驱体固体粉末Ｆｅ↓［ｘ］Ｔｉ↓［１－ｘ］（ＯＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［２］，其中：０％＜ｘ≤９％；　第四步：将第三步中所得到的异核金属醇盐前驱体固体粉末进行加热处理，获得多孔掺铁二氧化钛光催化剂的固体粉末。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，邹晓新，李国栋，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]