本发明专利技术涉及二氧化钛光催化剂，特指一种原位碳掺杂的中空二氧化钛光催化剂的制备方法及其在污水处理中的应用。主要是为了解决碳掺杂二氧化钛现有制备方法需要加入碳前驱体的缺点，而发明专利技术的一种通过碳化阳离子模板，原位制备出碳掺杂中空二氧化钛可见光催化剂的技术。这种高效的碳掺杂可见光催化剂的获得主要是通过控制阳离子模板的单分散性、钛酸正四丁酯 （TBT）在模板表面的自组装、TBT的催化水解以及分段程度煅烧去除模板而实现的。因此，本发明专利技术是二氧化钛制备技术的延续和进一步扩展，更是针对其反应速率慢、量子化产率低、利用太阳能的能力较差等缺点而发明专利技术的。研究成果能广泛应用于大气污染、废水处理以及太阳能电池的开发等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化钛光催化剂，特指一种原位碳掺杂的中空二氧化钛光催化剂的制备方法及其在污水处理中的应用。
技术介绍
大量的工业、农业以及生活污染物排入环境当中，导致严重的水体污染，这些污染物的存在严重威胁着人体的健康(L.Jing, ff.Zhou, G.Tian, H.Fu.Surface tuningfor oxide-based nanomaterials as efficient photocatalysts.Chem.Soa Rev.，2013，42，9509)，因此，如何有效地除去这些污染物，就成为当今环境科学的研宄热点之一；与物理吸附和生物修复相比，光催化降解作为一种绿色技术，能完全降解所有污染物，并且不会产生任何有毒污染物或中间体，被认为是一种最理想和最有前途的环境净化技术(W.J.0ngj L L Tan, S.P.Chaij S.T.Yong.Facet-dependent photocatalyticproperties of Ti02_based composites for energy convers1n and environmentalremediat1n.ChemSusChem.2014; 7，690)o二氧化钛具有无毒、低成本、高效的紫外光催化能力以及高稳定性等优点，使其在处理大气污染、被污染的废水等领域得到了广泛的应用；1972年，A.Fujishima和K.Honda (A.Fujishimaj K.Honda, Electrochmeical photolysis of water at asemiconductor electrode.Nature，1972，238, 37)首次开展二氧化镇;光分解水的研究以来，在制备各种高效二氧化钛光催化装置等领域取得了爆炸式增长，并成为处理大气污染和废水净化等环保领域发展最为快速的研究课题，遗憾的是，以二氧化钛为光催化剂还存在着以下不足:反应速率慢、量子化产率低、利用太阳能的能力较差以及对于太阳光中的可见光部分利用率很低等缺点，为此，如何提高二氧化钛的可见光催化作用就成为环保催化新材料的研究难点(A.Ayatij A.Ahmadpourj F.Bamoharramj B.TanhaeijM.Manttarij M.Sillanpaa.A review on catalytic applicat1ns of Au/Ti02nanoparticles in the removal of water pollutant.Chemosphere, 2014，107，163)0众所周知，由于掺杂物能有效地延长二氧化钛的电子-空穴分离，因此，通过掺杂金属或非金属能明显地提高二氧化钛的可见光催化效率，金属掺杂因其低的热稳定性、光腐蚀以及易成为再聚集中心，而受到一定的限制；与之相比，非金属掺杂在提高二氧化钛的可见光催化性能方面取得了更大的成功(P.Zhang, C.Shaoj Z.Zhang, M.Zhang, J.Muj Z.Guoj Y.Liu.Ti02@carbon core/shell nanofibers: Controllable preparat1nand enhanced visible photocatalytic properties.Nanoscale, 2011， 3， 2943)0碳掺杂因具有类似于金属的传导性能、大的电子储存容量、提高的光电子-空穴分离以及宽的可见光吸收等一系列的优点，而引起科技工作者的极大关注(s.Lee, Y.Lee, D.H.Kimj J.Moon.Carbon-deposited Ti02 3D inverse opal photocatalysts:visible-light photocatalytic activity and enhanced activity in a viscoussolut1n.ACSApp L Mater.1n ter faces, 2013，5，12526)，然而，现在制备碳捧杂二氧化钛的方法仍然具有很大不足，如需要加额外的碳前驱体以及掺杂的碳成分易聚集等缺点(L Quan, Y.Jang, K.Stoerzinger, K.May, Y.Jang, S.Kochuveedu,Y.S.Horn, D.H.Kim.Soft-template-carbonizat1n route to highly texturedmesoporous carbon - Ti02 inverse opals for efficient photocatalytic andphotoelectrochemical applicat1ns.Phys.Chem.Chem.Phys., 2014, 16, 9023)，因此，发展一种简易的、成本低廉的制备碳掺杂二氧化钛可见光催化剂的方法，不仅具有重要的理念意义，更有重大的应用价值；本专利技术的出发点正在于此。为了实现这个目标，本专利技术采用专利技术人创造的一种阳离子聚苯乙烯为模板(中国专利技术专利:ZL 200910234354.1)，以乙醇为聚合体系，以钛酸四丁酯为钛前驱体，通过系统研宄阳离子模板与钛前驱体的相互作用机制、阳离子模板的去除方法以及二氧化钛从无定形向晶体转变的机制的基础上，成功获得了原位制备碳掺杂的中空二氧化钛可见光催化剂的最佳实验配方。
技术实现思路
本专利技术的任务在于寻找一种碳掺杂的中空二氧化钛环保新材料的简易制备方法，其不但可以有效地克服现有制备碳掺杂二氧化钛需要额外加入碳前驱体的缺点，而且还能大大促进二氧化钛的可见光催化效率。为实现本专利技术目标，本专利技术采用单分散性的阳离子聚苯乙烯粒子(PS)为模板，以乙醇为溶液体系，以钛酸四丁酯(TBT)为钛前驱体，去离子水为催化剂；以冰水浴控制反应体系的温度为O °C，将钛酸四丁酯的乙醇溶液缓慢滴加到反应体系中，待沉降一段时间后，滴加适量的去离子水和乙醇的混合液后进行水解反应，反应结束，将样品进行离心、洗涤、烘干、再煅烧去除阳离子聚苯乙烯模板，原位制备出碳掺杂的中空二氧化钛可见光催化剂。反应体系指单分散性的阳离子聚苯乙烯粒子和乙醇的混合物或者说PS模板的乙醇溶液。下面是对本专利技术的详细介绍: 本专利技术的，其特征在于两个因素决定能否实现原位碳掺杂:一是单分散性阳离子聚苯乙烯微球的成功制备；二是如何控制阳离子模板的去除与二氧化钛的晶形转变过程。本专利技术所用的阳离子聚苯乙烯模板，这种模板具有良好的单分散性，这是制备高度的中空二氧化钛微球的前提，制备方法参考中国专利技术专利:ZL 200910234354.1，其特征在于:所加入的阳离子苄乙烯基三甲基氯化铵(VTC)单体与苯乙烯单体的质量比为10%-40% ;这是因于钛酸四丁酯水解物能否有效地在模板表面进行自组装，完全取决于TBT水解物与阳离子模板的静电吸引力，也就是说，只有当这种静电吸引力足够强，才能有效地实现TBT水解物在模板表面的自组装，并且有效地降低甚至防止TBT水解物自组装成纳米粒子；反之，如果这种静电作用力较弱(也即VTC单体的加入量不够)，那么将很难确保TBT水解物能快速、均匀、完全地包裹阳离子模板，并且也将无法避免TB本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种原位碳掺杂中空二氧化钛可见光催化剂的制备方法，其特征在于：采用单分散性的阳离子聚苯乙烯粒子（PS）为模板，以乙醇为溶液体系，以钛酸四丁酯（TBT）为钛前驱体，去离子水为催化剂；以冰水浴控制反应体系的温度为0 ℃，将钛酸四丁酯的乙醇溶液缓慢滴加到反应体系中，待沉降一段时间后，滴加适量的去离子水和乙醇的混合液后进行水解反应，反应结束，将样品进行离心、洗涤、烘干、再煅烧去除阳离子聚苯乙烯模板，原位制备出碳掺杂的中空二氧化钛可见光催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹顺生，张颖，赵志远，陈娟荣，龚爱华，傅行礼，常俊，程黎，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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