一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法，属于催化剂制取技术领域。该方法通过将钛酸四丁酯、FeCl3和ZnCl2经过溶胶凝胶法制备共掺杂TiO2催化剂，并用于印染废水的处理，结果表明，500℃煅烧Fe/Zn共掺杂TiO2具有良好的催化效果。本发明专利技术的优点是：制备的催化剂不具毒性，价格低廉，具有较强的抗腐蚀能力，可利用可见光对污染物进行降解。

A Fe/Zn codoped TiO with visible light catalytic activity

The invention provides a Fe/Zn codoped TiO with visible light catalytic activity

【技术实现步骤摘要】
一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法
本专利技术涉及催化剂制取
，特别是指一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法。
技术介绍
近年来，随着纺织业的发展，大量纺织业废水排入水体。2014年纺织业废水排放总量为19.6亿吨，占全国工业废水排放总量的9.55％。此外，《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)实施，水质标准更为严格。纺织业废水的80％来自印染，具有有机物浓度高、成分复杂、色度深等特点，属难处理工业废水。偶氮染料是印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，具有毒性和致癌性，传统污水处理技术难以将其去除。甲基橙是一种典型的偶氮染料，常用于纺织业废水处理工艺的研究。光催化氧化技术可有效去除水中有机物。光催化剂中，以TiO2最为常见。TiO2的制备方法很多，其中溶胶凝胶法方法简便，可以通过对实验条件的简单控制来控制产物的形态和均匀性等，是一种比较理想的TiO2制备方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法。该方法具体制备步骤如下：(1)将钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，并加入适量FeCl3和ZnCl2，匀速搅拌30min，制成A溶液；(2)向无水乙醇中加入乙酸和蒸馏水，制成B溶液；(3)将步骤(2)中制得的B溶液匀速滴入步骤(1)制得的A溶液中，边滴加边搅拌，形成溶胶；(4)将步骤(3)中所得溶胶在室温下静置形成凝胶后，在105℃烘干，形成干凝胶；(5)将步骤(4)所得干凝胶研磨后，在450-550℃下煅烧，再研磨得到Fe/Zn共掺杂TiO2。其中，步骤(1)中钛酸四丁酯与无水乙醇体积比为：1:2-3:5；FeCl3与钛酸四丁酯的质量比为0.0002:68，ZnCl2与钛酸四丁酯的质量比为0.0001:68。步骤(2)中无水乙醇、乙酸和蒸馏水的体积比为12:8:3。步骤(2)中FeCl3的摩尔掺杂量为0.0006％，ZnCl2的摩尔掺杂量为0.0004％。步骤(3)中A溶液和B溶液的体积比为4:5-5:6。步骤(5)中煅烧温度为500℃，效果最好。步骤(5)中所得Fe/Zn共掺杂TiO2的比表面积为100-120m2/g，可吸收波长小于425nm的光波。该Fe/Zn共掺杂TiO2能够用于处理印染废水，特别是含有机污染物甲基橙的废水。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：1)Fe/Zn共掺杂TiO2催化剂本身不具毒性，价格低廉，具有较强的抗腐蚀能力，对污染物催化效率高。2)该Fe/Zn共掺杂TiO2催化剂常温常压下即可降解有机物；可利用可见光对污染物进行分解，紫外光下具有更好的催化效果；对污染物选择性低，分解彻底，不产生二次污染，具有较高的应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例中不同种类TiO2XRD谱图；图2为掺杂比对Fe/Zn共掺杂TiO2光催化氧化甲基橙效果的影响。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法。主要包括如下步骤：(1)将钛酸四丁酯、FeCl3和ZnCl2滴入无水乙醇中，匀速搅拌30min，制成A溶液；(2)向无水乙醇中加入乙酸和蒸馏水，制成B溶液；(3)将步骤(2)中制得的B溶液匀速滴入步骤(1)制得的A溶液中，边滴加边搅拌，形成溶胶；(4)将步骤(3)中所得溶胶在室温下静置形成凝胶后，在105℃烘干，形成干凝胶；(5)将步骤(4)所得干凝胶研磨后，在450-550℃下煅烧，再研磨得到Fe/Zn共掺杂TiO2。下面以具体实施例予以说明。实施例1室温下将68mL(0.2mol)钛酸丁酯滴入120mL无水乙醇中，恒速磁力搅拌30min，得到均匀透明的黄色溶液A；取80mL乙酸作为水解抑制剂，并取无水乙醇120mL、蒸馏水30mL，混合均匀，形成溶液B；磁力搅拌下，将溶液B缓慢滴入溶液A中(1h滴完)，形成溶胶。30℃恒温陈化7d形成凝胶。105℃烘干得到干凝胶，干凝胶研磨后，500℃煅烧5h，再次研磨得到TiO2粉体。使用日本理学Dmax-RB旋转阳极衍射仪(X-raydiffraction，XRD)分析500℃煅烧TiO2的晶相(CuKα靶，λ＝0.1506nm)，如图1所示，结果表明，非掺杂TiO2的晶相主要为锐钛矿相。紫外-可见漫反射光谱测定TiO2的禁带宽度，为3.02eV；比表面积测定仪测定催化剂比表面积，为60m2/g。催化剂用途：用500℃煅烧非掺杂TiO2降解甲基橙。反应在光催化反应器中进行，首先向反应器中加入TiO2催化剂，确保其浓度为0.1g/L。打开制氧机，调节空气流量1.0L/min，曝气30min后向反应器中加入甲基橙溶液，使其初始浓度为50mg/L。开启氙灯光源可见光波段，并保持对溶液持续曝气。每隔30min取样，离心后测定其在600nm处的吸光度，如图2所示。结果表明，500℃煅烧非掺杂TiO2光催化氧化对甲基橙的去除率分别为31.3％。实施例2室温下将68mL(0.2mol)钛酸丁酯滴入120mL无水乙醇中，加入FeCl30.00033g，恒速磁力搅拌30min，得到均匀透明的黄色溶液A；取80mL乙酸作为水解抑制剂，并取无水乙醇120mL、蒸馏水30mL，混合均匀，形成溶液B；磁力搅拌下，将溶液B缓慢滴入溶液A中(1h滴完)，形成溶胶。30℃恒温陈化7d形成凝胶。105℃烘干得到干凝胶，干凝胶研磨后，500℃煅烧5h，再次研磨得到TiO2粉体。使用日本理学Dmax-RB旋转阳极衍射仪(X-raydiffraction，XRD)分析500℃煅烧Fe掺杂TiO2的晶相(CuKα靶，λ＝0.1506nm)，如图1，结果表明，Fe掺杂TiO2的晶相主要为锐钛矿相。紫外-可见漫反射光谱测定TiO2的禁带宽度，为2.95eV；比表面积测定仪测定催化剂比表面积，为67m2/g。催化剂用途：用500℃煅烧Fe掺杂TiO2(Fe摩尔掺杂量为0.001％)降解甲基橙。反应在光催化反应器中进行，首先向反应器中加入TiO2催化剂，确保其浓度为0.1g/L。打开制氧机，调节空气流量1.0L/min，曝气30min后向反应器中加入甲基橙溶液，使其初始浓度为50mg/L。开启氙灯光源可见光波段，并保持对溶液持续曝气。每隔30min取样，离心后测定其在600nm处的吸光度，如图2。结果表明，500℃煅烧Fe掺杂TiO2光催化氧化对甲基橙的去除率分别为50.7％。实施例3室温下将68mL(0.2mol)钛酸丁酯滴入120mL无水乙醇中，加入ZnCl20.00025g，恒速磁力搅拌30min，得到均匀透明的黄色溶液A；取80mL乙酸作为水解抑制剂，并取无水乙醇120mL、蒸馏水30mL，混合均匀，形成溶液B；磁力搅拌下，将溶液B缓慢滴入溶液A中(1h滴完)，形成溶胶。30℃恒温陈化7d形成凝胶。105℃烘干得到干凝胶，干凝胶研磨后，500℃煅烧5h，再次研磨得到TiO2粉体。使用日本理学Dmax-RB旋转阳极衍射仪(X-raydiffraction，XRD)分析500℃煅烧Zn掺杂TiO2(Zn摩尔掺杂量为0.001％)的晶相(CuKα靶，λ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO

【技术特征摘要】
1.一种具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：(1)将钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，并加入FeCl3和ZnCl2，匀速搅拌30min，制成A溶液；(2)向无水乙醇中加入乙酸和蒸馏水，制成B溶液；(3)将步骤(2)中制得的B溶液匀速滴入步骤(1)制得的A溶液中，边滴加边搅拌，形成溶胶；(4)将步骤(3)中所得溶胶在室温下静置形成凝胶后，在105℃烘干，形成干凝胶；(5)将步骤(4)所得干凝胶研磨后，在450-550℃下煅烧，再研磨得到Fe/Zn共掺杂TiO2。2.根据权利要求1所述的具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中钛酸四丁酯与无水乙醇体积比为：1:2-3:5。3.根据权利要求1所述的具有可见光催化活性的Fe/Zn共掺杂TiO2的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁蓉芳，周北海，汪少娜，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11