一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂，还公开了上述具有可见光活性纳米TiO2光催化剂的制备方法。本发明专利技术的改性纳米TiO2光催化剂具有可见光活性，即本发明专利技术改性纳米TiO2光催化剂在可见光下也保持很高的光催化活性，同时本发明专利技术改性纳米TiO2光催化剂还对水体中CrfⅥ)离子具有较高的吸附能力，因此本发明专利技术改性后的纳米TiO2光催化剂对高浓度的重金属污染水在可见光条件下也具有很好的处理效果；本发明专利技术的制备方法原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染，适于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂，还涉及该纳米TiO2光催化剂的制备方法。
技术介绍
近年来，随着各种工业废液排入水体，水体中重金属的含量越来越高，含有重金属离子的水由于长期停留与积累在环境中，通过食物链逐级富集，将会严重影响人类和其他生物的安全。另外，重金属急性中毒可使人呕吐、乏力、昏迷乃至死亡，慢性症状则是使人的免疫力长期低下，各种肿瘤、慢性病多发。其中Cr(VI)系常见水体重金属污染物，普遍存在于电镀、制革和印染废水中，具有较强的致癌性，最常用的处理Cr(VI)的方法是加一定量还原剂将Cr(VI)转化成Cr(III)，之后在碱性条件下形成Cr(OH)3沉淀而去除，但这种方法需要消耗大量的还原剂且容易造成二次污染。半导体光催化法能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，是一种环境友好的处理方法。TiO2由于其性质稳定、无毒、氧化还原能力强、无二次污染等优点，是目前公认的最佳光催化剂。然而，TiO2由于其禁带宽度较大(3.2eV)，对太阳能利用效率较低，仅约5.4％，限制了其广泛应用。此外，半导体光催化反应主要发生在催化剂表面，因此催化剂对污染物的富集能力直接影响整个光催化反应的效率，单纯TiO2对污染物富集能力较弱，对高浓度重金属水体的处理的效果不佳。因此，一种具有可见光活性，对污染物富集能力高，对高浓度重金属污染水体处理效果好的TiO2光催化剂的开发很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有可见光活性和高吸附能力的纳米TiO2光催化剂。本专利技术还要解决的技术问题是提供上述具有可见光活性和高吸附能力纳米TiO2光催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂，其化学结构式为：上述具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂的制备方法：首先通过溶胶-热液法制备纳米TiO2光催化剂，将制备好的纳米TiO2光催化剂在无水乙醇溶液中与锌试剂进行反应得到具有可见光活性纳米TiO2光催化剂，本专利技术的制备方法具体包括如下步骤：步骤1，通过溶胶-热液法制备纳米TiO2光催化剂：将12mL钛酸正丁酯和24mL无水乙醇混合，配置成A混合液；将所需体积的浓度为1mol/L的HNO3和12mL无水乙醇混合，配置成B混合液；边搅拌边将B混合液逐滴加入到A混合液中，形成溶胶；将溶胶转移入反应釜内，将反应釜置于烘箱中，在所需温度下进行热液合成反应，反应24h后取出反应釜自然冷却至室温，将冷却后的产物抽虑分离，弃去滤液，将分离后的固体物质用无水乙醇洗去残留有机物，再用去离子水反复洗涤至中性，于80℃下干燥24h，研磨后即可得到纳米TiO2光催化剂；步骤2，将步骤1制得的纳米TiO2光催化剂加入到锌试剂的无水乙醇中，在所需反应温度下边反应边搅拌，搅拌24h后对产物进行离心分离，再用无水乙醇对离心分离后的固体物质进行清洗，用蒸馏水洗涤，于80℃下烘干即可得到具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂(TiO2-ZCN)。其中，步骤1中，所述HNO3的加入体积为5～20mL，所述热液合成反应的温度为80～150℃。其中，步骤2中，所述纳米TiO2光催化剂与无水乙醇的质量比为1∶50～1∶300，所述纳米TiO2光催化剂与锌试剂的质量比为1∶0.5～1∶5，所述反应温度为40～70℃。本专利技术具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂的制备原理：本专利技术通过溶胶-热液法制备纳米TiO2光催化剂，再将制备好的纳米TiO2光催化剂在无水乙醇溶液中与锌试剂进行反应，反应原理是TiO2表面的Ti-OH与锌试剂分子中的-COOH在乙醇溶液中发生酯化反应，得到具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂TiO2-ZCN，TiO2-ZCN分子中的含N官能团和-OH基团都可以与水体中的Cr(VI)形成配位键，因此提升了TiO2-ZCN对水体中Cr(VI)离子的富集能力。有益效果：相比于现有技术，本专利技术的改性纳米TiO2光催化剂具有可见光活性，即本专利技术改性纳米TiO2光催化剂在可见光下也保持很高的光催化活性，同时，本专利技术改性纳米TiO2光催化剂还对水体中Cr(VI)离子具有较高的吸附能力，因此本专利技术改性后的纳米TiO2光催化剂对高浓度的重金属污染水在可见光条件下也具有很好的处理效果；本专利技术的制备方法先通过溶胶-热液法制得纳米TiO2光催化剂，再用锌试剂对TiO2光催化剂表面进行改性，大幅度提高了催化剂对水体中污染物(尤其是Cr(VI))的富集能力，本专利技术制备方法原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染，适于工业化生产。附图说明图1为本专利技术纳米TiO2光催化剂和采用锌试剂改性后的纳米TiO2光催化剂的XRD表征图；图2为本专利技术纳米TiO2光催化剂改性前后对Cr(VI)的吸附动力学图；图3为本专利技术纳米TiO2光催化剂改性前后对Cr(VI)吸附效果随pH值的变化规律图；图4为本专利技术纳米TiO2光催化剂改性前后对Cr(VI)的吸附-可见光催化还原性能对比图；图5为本专利技术纳米TiO2光催化剂改性前后的紫外-可见吸收谱图。具体实施方式下面结合附图1～5和具体实施例，对本专利技术的技术方案进行进一步说明。实施例1一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，通过溶胶-热液法制备TiO2/活性炭复合催化剂：将12mL钛酸正丁酯和24mL无水乙醇均匀混合，室温下搅拌15min，配置成A混合液。将8mL的1mol/L的HNO3和12mL无水乙醇均匀混合，标记成B混合液。在不断搅拌条件下，将B逐滴加入A中，形成均匀透明的溶胶。将溶胶转移入反应釜内，将反应釜置于烘箱中，保持90℃温度下热液合成，反应24h后，取出反应釜自然冷却至室温，对内容物抽虑分离，弃去虑液，固体物质用无水乙醇洗去残留有机物，进一步用去离子水反复洗涤至中性，80℃条件下干燥24h，研磨得到TiO2催化剂。步骤2，将1.2g锌试剂加入到80mL无水乙醇溶液中，取1.5g步骤1得到的产物加入到上述溶液中，50℃条件下反应24h，然后进行离心分离，用无水乙醇洗涤固体物质，进一步用蒸馏水洗涤，80℃条件烘干，得到催化剂TiO2-ZCN。实施例2一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，通过溶胶-热液法制备TiO2/活性炭复合催化剂：将12mL钛酸正丁酯和24mL无水乙醇均匀混合，室温下搅拌15min，配置成A混合液。将10mL的1mol/L的HNO3和12mL无水乙醇均匀混合，标记成B混合液。在不断搅拌条件下，将B逐滴加入A中，形成均匀透明的溶胶。将溶胶转移入反应釜内，将反应釜置于烘箱中，保持100℃温度下热液合成，反应24h后，取出反应釜自然冷却至室温，对内容物抽虑分离，弃去虑液，固体物质用无水乙醇洗去残留有机物，进一步用去离子水反复洗涤至中性，80℃条件下干燥24h，研磨得到TiO2催化剂。步骤2，将1.5g锌试剂加入到120mL无水乙醇溶液中，取1.5g步骤1得到的产物加入到上述溶液中，55℃条件下反应24h，然后进行离心分离，用无水乙醇洗涤固体物质，进一步用蒸馏水洗涤，80℃条件烘干，得到催化剂TiO2-ZCN。实施例3一种具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂，其特征在于：其化学结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂，其特征在于，其结构式为：其中，所述是指通过溶胶-热液法制备得到的纳米TiO2。2.一种权利要求1所述具有可见光活性的纳米TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，制备纳米TiO2光催化剂：将12mL钛酸正丁酯和24mL无水乙醇混合，配置成A混合液；将所需体积的浓度为1mol/L的HNO3和12mL无水乙醇混合，配置成B混合液；边搅拌边将B混合液逐滴加入到A混合液中，形成溶胶；将溶胶转移入反应釜内，在所需温度下进行热液合成反应，反应后将冷却的产物抽虑分离，将分离后的固体物质清洗并干燥即可得到纳米TiO2光催化剂；步骤2，将步骤1制得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汉培，傅小飞，陆光华，涂艳梅，聂坤，崔素珍，孙慧华，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32