本发明专利技术公开了一种能够用于可见光激发的负载型非金属氮掺杂一维结构TiO↓[2]光催化剂及制备方法。以金属Ti片和浓碱溶液为主要原料,运用水热技术,通过酸化、离子交换和后续热处理得到负载型非金属氮掺杂一维结构TiO↓[2]可见光催化剂。其特征是氮的掺入使得催化对可见光产生吸收,吸收波长红移至600nm;催化剂本身就是负载型,解决了颗粒状催化剂容易脱落的缺点;催化剂具有一维结构,比表面积大,活性点位丰富,有利于强化反应传质过程。实现了对室内空气典型污染物的降解,其活性比颗粒状氮掺杂TiO↓[2]高出1.2~3.0倍。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工
,涉及一种光催化降解有机物及其制备,具体为一种负载型氮 掺杂一维结构TiC)2及其制备方法。该催化剂主要应用于室内空气污染控制
技术介绍
室内空气污染程度高出室外5 10倍,且人们有80 90%时间在室内度过,从某种程度 上来讲,空气污染对人体健康的影响主要在室内。中国标准化协会提供的调査显示60%的 疾病是由室内空气污染造成的。90年代末期,随着国内住房改革和国民生活水平的提高,特 别是建材业的高速发展,装修热的兴起,由装饰材料所造成的污染成了室内污染的主要方式。室内空气中如甲醛、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)等挥发性有机化合物(VOCs)是室内 空气中普遍存在的一类有机污染物。已知许多VOCs,尤其是室内空气中普遍存在的甲醛、 苯系物等具有神经毒性、肾毒性、肝毒性和致癌性,还可损害血液成分和心血管系统,引起 胃肠道紊乱,严重危害着人体健康。世界各国对室内空气中VOCs的排放作了严格的控制, 我国的《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中对室内空气中的甲醛等VOCs进行了严格 的限定甲醛、苯、甲苯、二甲苯的标准值分别为0.10、 0.11、 0.20、 0.20 mg/m3 (l小时均 值)。室内空气VOCs的控制成为近几年来国际上的研究热点之一。清除空气中的VOCs,通常釆用通风直接排到室外,或用活性炭吸附和催化氧化分解法, 这些措施都会导致二次污染。近年来,由于光催化技术具有无毒、反应条件温和、矿化率高 等优点,在降解污染物,尤其是有机物方面越来越受到人们的重视。气一固相半导体光催化 氧化反应,尤其是在VOCs的降解方面,由于其本身特有的突出特点,越来越显现出其宽阔的 应用前景。然而作为光催化材料,Ti02禁带较宽(3.2eV),在可见光范围内没有响应,仅能吸收小 于387nm的紫外光,对太阳能利用率低(约3~5%);载流子的复合率高,光量子产率低,致 使光催化效率较低,这两个缺陷影响了其对太阳光的有效利用,制约了其在室内空气治理方 面的应用。虽然对Ti02进行金属掺杂能使其有较好的可见光响应特性,但是掺杂金属会导致 Ti02的热稳定性下降、载流子的复合中心增多或者需要昂贵的离子注入设备。随着2001年Asahi (R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwahi, K. Aoki, Y. Taga. Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-doped Titanium Oxides, Science, 2001, 293:269 271)在《Science》 上关于氮取代晶格氧的氮掺杂的Tn02.xNx在不降低紫外光活性的前提下使其具有可见光活 性的论文的发表,揭开了Ti02非金属掺杂的序幕。但是就目前所提供的大多数非金属掺杂 工艺来说,都还存在着一定的缺陷。 专利公丌号为CN1712128A,专利名为 一种氮掺杂的锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方 法,公布了一种需提供钛源、沉淀剂、氮源和水,并按照一定的比例混合,然后经过水热反应,干燥,烘干后得到一种氮掺杂的纳米Ti02的方法,该法制备的氮掺杂Ti02为颗粒状,颗 粒状催化负载时容易脱落;专利公开号为CN150616A,专利名为氮掺杂二氧化钛粉体的 制备方法,提供了 -种将氨水逐渐滴加到钛的化合物中,然后经过过滤,下燥,烘干后,经 高温灼烧后得到一种氮掺杂的纳米Ti02的方法,该法制备的氮掺杂Ti02也是颗粒状,也存在 负载容易脱落的问题。负载在Ti片上的Ti02方面的报道可参见《Advanced Functional Materials》 2006年第16巻'1355页(X. S. Peng, A. C. Chen. Large画Scale Synthesis and Characterization of Ti02-Based Nanostructures on 7、i Substrates. Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 1355 1362 ),该法以Ti 片和NaOH溶液为原料,采用水热法合成了固载在Ti片上的纳米片、纳米线和纳米网,通过酸 化煅烧处理,可以得到具有光催化活性的纳米线。但是该法制备的光催化只在紫外光激发下 有较好的活性,不具有可见光活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够用于可见光激发的负载型非金属氮掺杂一维结构Ti02光 催化剂及制备方法,室内空气污染物的治理以室内光源作为反应激发源,将可见光转化为化 学能,加以利用,因此大大降低了处理成本,是一种节能环保技术。-般情况下,采用沉淀法、水热法、溶胶一凝胶法制备的氮掺杂Ti02为颗粒状,应用时 需要负载,使用时容易脱落。 一维结构Ti02具有丰富的活性位点和比表面积,能够提高光催 化反应性能。将负载型非金属氮掺杂一维结构Ti02光催化剂应用于室内空气污染物的治理解 决了一般光催化剂容易脱落、使用寿命不长、可见光活性不够高的问题。本专利技术的一种负载型氮掺杂一维结构Ti02,所述负载型氮掺杂一维结构Ti02中氮掺杂量 为0.3 5.0%, —维结构TK)2形态包括纳米线、纳米带和纳米管,长度在数微米,直径在5 100nm。本专利技术负载型氮掺杂一维结构Ti02的制备是以金属Ti片和浓碱溶液为主要原料,运用水热技术,通过酸化、离子交换和后续热处理得到最终产品。该法包括以下步骤(1 )将金属Ti片置于5 15mol/L碱溶液中,持续搅拌,得到含有金属Ti片的混合溶液;(2) 将上述溶液转移到高压釜中,在100 250'C恒温数小时,进行水热合成反应;(3) 将水热合成反应后的溶液冷却,倾去上层清液,用0.1 2mol/L的稀酸溶液和去离子水 清洗,得到表面呈白色的片状物;(4) 将白色片状物置于0.1 2mol/L的酸溶液中,静置6 24小时;(5) 取出片状物,置于含有NH4+的溶液中,静置6 48小时;(6) 取出片状物,置于马弗炉中,在有氧或无氧条件下,300 650。C煅烧0.5 8h,得到负 载型氮掺杂一维结构Ti02。步骤1所述碱溶液为5 15mol/L的NaOH或KOH溶液其一。步骤2进行水热合成反应时的填充度,即填充溶液的体积占高压釜内衬体积的比例为 10 90%。步骤4所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸溶液其一。步骤5所述含有NH4+的溶液可以为氨水、NH4C1、 NH4F、 (NH4) 2S04、 NH4HS04、(NH4) 2S03、 NH4HS03、 NH4N03、 (NH4) 2C03、 NH4HC03。 所述负载型氮掺杂一维结构Ti02中氮掺杂量为0.3 5.0%。所述负载型氮掺杂一维结构Ti02形态包括纳米线、纳米带和纳米管,长度在微米,直径 在5 100nm。从光催化效果的角度,所述的负载型氮掺杂一维结构Ti02降解甲苯的过程中,无二次污 染物生成,均生成了水和二氧化碳,在湿度,氧气浓度等条件相同的条件下,其可见光催化 效果是颗粒状氮掺杂Ti02的1.1 3.0倍。同时上述催化剂在连续8 48h的使用过程中光催 化效果始终保持稳定,未发现失活现象。为实现室内空气的高效、广谱净化,通过水热技术,制备了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种负载型氮掺杂一维结构TiO↓[2],其特征是:所述负载型氮掺杂一维结构TiO↓[2]中氮掺杂量为0.3~5.0%,一维结构TiO↓[2]形态包括纳米线、纳米带和纳米管,长度在微米,直径在5~100nm。
【技术特征摘要】
1、一种负载型氮掺杂一维结构TiO2,其特征是所述负载型氮掺杂一维结构TiO2中氮掺杂量为0.3~5.0%,一维结构TiO2形态包括纳米线、纳米带和纳米管,长度在微米,直径在5~100nm。2、 根据权利要求1所述一种负载型氮掺杂一维结构Ti02的制备方法,其特征在于以下步骤(1) 将金属Ti片置于5 15mol/L碱溶液中,持续搅拌,得到含有金属Ti片的混合溶液;(2) 将上述溶液转移到高压釜中,在100 25(TC恒温数小时,进行水热合成反应;(3) 将水热合成反应后的溶液冷却,倾去上层清液,用0.1 lmol/L的稀酸溶液和去离子水 清洗,得到表面呈白色的片状物;(4) 将白...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵伟荣,董帆,吴忠标,
申请(专利权)人:浙江大学,浙江天蓝脱硫除尘有限公司,
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。