一种复合二氧化钛可见光催化剂及其制备方法技术

一种复合二氧化钛可见光催化剂及其制备方法。取偏钨酸铵 ((NH4)6H2W12O40·XH2O)溶液，按折算WO3与水的质量比1∶6～7的比例加 入水，再按折算WO3与硝酸铁的质量比5～7∶1的比例加入硝酸铁(Fe(NO3)3 ·9H2O)溶解调整后得浸渍液。再按折算WO3与TiO2的质量比1∶6～7的比 例在浸渍液中加入TiO2粉体(锐钛矿型、BET比表面积为80～150m2/g)混 合，于100℃干燥4～6小时。然后在580℃～780℃温度下焙烧5小时。即得 WO3-Fe2O3/TiO2复合光催化材料，其中，所含有的钨氧化物的一次结晶粒径 10～80nm、晶体结构为WO3。所含有的铁氧化物的晶体结构为α-Fe2O3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，所得的可见 光催化剂可用于环境中污染物的降解，属于纳米材料领域。
技术介绍
二氧化钛(Ti02)是半导体纳米光催化剂，具有化学性质稳定、催化活性 高、氧化能力强、无毒、价廉等优点，在空气净化、污水处理、灭菌消毒、 能源等领域有广阔的市场前景。目前，Ti02光催化应用的瓶颈是其光响应范 围较窄，只能利用波长小于387nm的紫外光。而紫外光仅占太阳光其能量的 4%，进入室内的太阳光中紫外光几乎为零。可见光却占太阳光能量的45%。 因此，在可见光下具有较高活性的光催化剂的研发具有极高的经济和实用价 值。金属离子的掺杂是实现纳米Ti02在可见光下具有光催化活性的有效手 段之一。 一般认为,把金属离子引入到Ti02晶格中，可在其禁带中引入杂质能 级,减小禁带宽度,使价带中的电子接受波长较大的光激发后，先跃迁到杂质能 级，通过再一次吸收能量，由杂质能级跃迁至导带，由此降低受激所需的能量，从 而实现使Ti02光催化剂的光谱响应范围向可见光区移动。过去数年间，在 Ti02中掺杂白金族元素Pt、 Pd、 Rh、 Ru、 Ir (日本专利特开2004-73910)， 过渡金属元素Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ag、 Cr、 V、 W、 Sn(中国专利CN 1799692A、 1583252A、 1792425A等)，以及镧系元素La、 Ce (中国专利CN 1557539A) 等诸多方法均有研究论文或基于研究结果的专利文献报道。这些研究成果在 窄化Ti02带隙、扩展Ti02的光响应范围等方面有较大进展。特别是，其中的 白金族金属离子掺杂Ti02光催化剂虽然可见光响应性能较好，但即使掺杂很 少的白金族金属也导致此类光催化剂制造成本过高。基于金属元素掺杂改性 制备的可见光催化剂在实际应用方面尚需解决的问题主要有因掺杂的金属离 子成为电子和空穴的复合中心而导致催化剂在紫外光下活性下降，以及热稳 定性下降等。2001年，日本学者R.Asahi在《Science》上报道氮替代少量的晶格氧 可以使Ti02的带隙变窄，在不降低紫外光活性的前提下，使Ti02具有可见光 活性，掀起了非金属元素掺杂Ti02的研究热潮(中国专利CN 1775359A， 1565721A， 1827225A、 1827709A、 1506154A、 1736584A等)。从实际应用角 度，掺杂非金属元素氮等制备的可见光催化剂目前尚需解决的问题是如何改 善结晶稳定性和量子效率，以及简化生产工艺、设备。本专利技术者通过大量的实验研究，开发了一种复合二氧化钛可见光催化剂 及其制备方法。所专利技术的可见光催化剂具有良好的可见光催化活性、优异的 紫外光催化活性、良好的稳定性，且生产工艺简单、价格低廉。
技术实现思路
本专利技术的目的是以锐钛矿型二氧化钛为基体，提供一种制备复合二氧化 钛光催化材料的方法，通过对二氧化钛催化剂改性，即改变粒子结构与表面 性质，从而扩大光响应范围，抑制载流子复合以提高量子效率，提高光催化 材料的稳定性。本专利技术的具体工艺过程和条件为取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O4。*XH20) 溶液，按折算W03与水的质量比1: 6 7的比例加入水，再按折算W03与硝 酸铁的质量比5 7: 1的比例加入硝酸铁(Fe(N03)3，9H20)溶解调整后得浸 渍液。再按折算WCb与1102的质量比1: 6 7的比例在浸渍液中加入Ti02 粉体(锐钛矿型、BET比表面积为80 150m2/g)混合，于IO(TC干燥4 6 小时。然后在580。C 78(TC温度下焙烧5小时。即得W03-Fe203/Ti02复合光 催化材料，其中，所含有的钨氧化物的一次结晶粒径10 80nm、晶体结构为 W03。所含有的铁氧化物的晶体结构为a-Fe203。本专利技术具有如下优点(1)本专利技术制得的W03-Fe20/Ti02复合光催化材料，与未经掺杂及单一 掺杂钩或铁的光催化剂相比，表现出更好的光催化能力。锐钛矿型 二氧化钛复合特定晶格构造的WCb和Fe203，实际上是对1102颗粒 的修饰，可促进系统的电荷分离和电荷运动，扩展Ti02光谱响应范 围。所得光催化剂颗粒大小均匀，光响应范围扩大，将在环境净化等领域得到更广泛的应用。(2)本专利技术采用浸渍和焙烧结合的一种新颖的可见光催化剂制备方法， 制备工艺设备简单、重复性好，生产成本低。附图说明图1: W03-Fe20/Ti02复合光催化材料的XRD图从XRD图上可以看到有锐钛矿型Ti02， W03和a -Fe203的衍射峰， 这说明所得产品中含有上述三种物质，达到了制备目的。最大的衍射 峰位于25.89° ，是Ti02晶面的衍射峰。根据Scherrer公式计算，该样 品的粒径为18 nm.图2:可见光催化乙醛分解试验结果对比2:紫外光催化乙醛分解试验结果对比图具体实施方式实施例l市售偏钨酸铵((NH4)6H2W12O4()'XH20)溶液(折算W03浓度50wt%) 60g加入水200g,再加入硝酸铁(Fe(N03)39H20)4.5g溶解调整后得浸渍液。 再在浸渍液中加入市售Ti02粉体(锐钛矿型、BET比表面积为85m2/g， Millennium Chemicals Inc.产品)200g混合，于IOOC干燥5小时。然后在660 C温度下焙烧5小时。即得W03-Fe20/Ti02复合光催化材料。根据XRD图测 定，实施例1所得样品中含有W03斜方晶体，该W03的粒径为47nm。实施例2在上述实施例1中，改变偏钨酸铵和硝酸铁的使用量(质量比 TiO2/WO3/Fe2O3=100/23/1.0;摩尔比Fe/W=0.12)，其他条件不变。制得 W03-Fe20/Ti02复合光催化材料。根据XRD图测定，实施例2所得样品中含 有W03斜方晶体，该W03的粒径为38nm。实施例3在上述实施例1中，除焙烧温度改变为76(TC外，其他条件不变。制得 W03-Fe20/Ti02复合光催化材料。根据XRD图测定，实施例3所得样品中含 有W03斜方晶体，该W03的粒径为70nm。实施例4在上述实施例1中，改变偏鸭酸铵和硝酸铁的使用量(质量比 TiO2/WO3/Fe2O3=100/76/2.0;摩尔比Fe/W=0.081)，其他条件不变。制得 W03-Fe20/Ti02复合光催化材料。根据XRD图测定，实施例4所得样品中含 有W03斜方晶体，该W03的粒径为38nm。参考例l在上述实施例l中，除不加入硝酸铁外，其他条件不变。制得WO/Ti02 复合光催化材料。根据XRD图测定，实施例3所得样品中含有W03斜方晶 体，该W03的粒径为23nm。比较例1仅采用市售W03 (日本和光纯药工业株式会社产品)。用电子显微镜观察，粒径达2000nm以上。 比较例2仅采用与实施例1中的使用的Ti02相同的市售Ti02。 试验例1试验片制作。将上述实施例、参考例、比较例等所制得的光催化剂分别 用乙醇分散和，以20g/n^的用量涂布于140X110mm的玻璃片上，于65。C干燥即得。试验方法。将试验片分别置于石英玻璃制5L反应器内。往反应器内注入乙醛使其初始浓度达10ppm，用光照射试验片。改变光照条件分别模拟可视 光、紫外光的波长范围，用气相设谱法测定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合二氧化钛可见光催化剂及其制备方法，其特征在于，主要制备步骤为：首先在偏钨酸铵（（ＮＨ↓［４］）↓［６］Ｈ↓［２］Ｗ↓［１２］Ｏ↓［４０］·ＸＨ↓［２］Ｏ）溶液加水稀释后，加入少许硝酸铁（Ｆｅ（ＮＯ↓［３］）↓［３］·９Ｈ↓［２］Ｏ）溶解调整后得浸渍液。再在浸渍液中加入二氧化钛（ＴｉＯ↓［２］）粉体混合，于１００℃干燥４～６小时。然后在特定温度下焙烧５小时，即得目标物。

【技术特征摘要】
1.一种复合二氧化钛可见光催化剂及其制备方法，其特征在于，主要制备步骤为首先在偏钨酸铵((NH4)6H2W12O4O·XH2O)溶液加水稀释后，加入少许硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)溶解调整后得浸渍液。再在浸渍液中加入二氧化钛(TiO2)粉体混合，于100℃干燥4～6小时。然后在特定温度下焙烧5小时，即得目标物。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述焙烧温度为58CTC 780 。C。3. 如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中所用的二氧化钛具有 锐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑛，
申请(专利权)人：吴瑛，
类型：发明
国别省市：31