一种Fe/Co-Nx/TiO制造技术

本发明专利技术公开了一种Fe/Co‑Nx/TiO

A Fe/Co Nx/TiO2 photocatalyst and preparation method and application thereof

The invention discloses a Fe/Co Nx/TiO2 photocatalyst, the photocatalyst containing Fe/Co Nx chelates in TiO2{001} crystal surface. The invention also discloses a preparation method of the Fe/Co Nx/TiO2 photocatalyst, the pyrolysis mass ratio of Fe/CoPcS and TiO2 nano film in high temperature, Fe/Co Nx/TiO2 nano material TiO2{001} crystal surface containing Fe/Co Nx complexes. Finally, the invention discloses a preparation method of the Fe/Co Nx/TiO2 photocatalyst in the degradation of sulfathiazole in water. The degradation ability of Fe/Co modified Nx/TiO2 photocatalyst was under visible light and UV light are high in water and a product of sulfathiazole, after degradation has lower toxicity.

【技术实现步骤摘要】
一种Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂，还涉及上述Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法和应用，属于光催化剂

技术介绍
近几十年来，磺胺类药物已经逐渐成为人类用药和动物用药中使用最为广泛的抗菌剂之一。研究者已经在地表水、地下水和河流中检测到了该类物质的存在。但是由于该类污染物不仅具有持久性而且极易破坏细菌的DNA和细胞核，所以生物降解方法受到了极大的限制。近些年，Fenton试剂被认为是一种有效的降解磺胺类物质的催化剂，但由于其对于H2O2的用量的要求，导致了其成本的增大，无法投入到实际应用中。尽管TiO2在紫外光条件下能很好的降解抗生素，但是TiO2无法对可见光产生响应，极大的限制了它的应用。DFT理论计算表明，{001}晶面是TiO2活性最高的晶面。自从Yang等人制备了具有47％{001}晶面的锐钛矿TiO2后，对于TiO2(001)的研究日益增多，但大多数研究仅处于对于{001}晶面比例的调控，即增加其{001}晶面的比例，而很少有人研究其改性后的光催化性能。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂，该光催化剂在可见光下和紫外光下均对水体中的抗生素磺胺噻唑具有极好的催化降解性能。本专利技术还要解决的技术问题是提供上述Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法。本专利技术最后要解决的技术问题是提供上述Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂于可见光下催化降解水体中磺胺噻唑方面的应用。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Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂，所述光催化剂为在TiO2{001}晶面上含有Fe/Co-Nx螯合物。上述Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，将所需质量比的Fe/CoPcS与TiO2纳米片置于高温下热解反应，得到TiO2{001}晶面上含有Fe/Co-Nx螯合物的Fe/Co-Nx/TiO2纳米材料。Fe/Co-Nx/TiO2呈片状纳米结构。其中，所述TiO2含{001}晶面的比例为70％～80％。其中，所述热解反应的温度为600～800℃。上述Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，制备Fe/CoPcS：将所需量的磺化酞菁钴和七水合硫酸亚铁加入甲醇中，超声一段时间后将混合物料于N2气氛中煅烧一段时间，得到Fe/CoPcS；步骤2，制备具有高{001}晶面比例的TiO2纳米片：将所需量的钛酸丁酯、氢氟酸以及水按一定比例混合后于一定温度下进行反应，反应后的产物离心处理，离心后再清洗、干燥并研磨即得到具有高{001}晶面比例的TiO2纳米片；步骤3，将步骤1制得的Fe/CoPcS和步骤2制得的TiO2纳米片按所需质量比加入到甲醇中，超声后将混合物料置于高温下进行热解反应，将热解反应后的产物研磨，得到Fe/Co-Nx/TiO2纳米材料。其中，步骤1中，所述磺化酞菁钴和硫酸亚铁的加入质量比为3：2。其中，步骤2中，所述钛酸丁酯、氢氟酸与水的混合体积比为5:1:1，反应温度为170～180℃，反应时间为20～24h。其中，步骤3中，所述Fe/CoPcS与TiO2纳米片的质量比为1：4。其中，步骤3中，所述热解反应温度为600～800℃，热解反应时间为2～3h。上述Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂于可见光下催化降解水体中磺胺噻唑方面的应用。本专利技术改性TiO2的制备原理：将Fe/CoPcS在热解条件(600℃以上)下形成Fe/Co-Nx活性中心，(Fe/Co-Nx活性中心)并与TiO2形成异质结以降低TiO2的禁带宽度，拓宽其对可见光的响应；由于Fe/Co-Nx能将O2的键长拉长，并降低其键能促使了氧分子更易被电子进攻而产生超氧自由基；同时由于异质结的形成，促进了电子空穴对的分离，水分子在{001}晶面被空穴氧化成羟基自由基。磺胺噻唑最终在羟基自由基和超氧自由基的作用下氧化成代谢产物。相比于现有技术，本专利技术的技术方案所具有的有益效果为：本专利技术改性后的Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂在可见光下和紫外光下均对水体中的磺胺噻唑具有高的降解能力，同时降解后的产物具有更低的毒性；本专利技术的制备方法原料易得，成本低且适于工业化生产。附图说明图1为本专利技术Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂制备方法的工艺流程图；图2为各物质在可见光下对磺胺噻唑的降解实验结果对比图；图3为本专利技术Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的结构原理图；图4为本专利技术具有高{001}晶面比例的TiO2的结构表征图(SEM)；图5为本专利技术Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的结构表征图(SEM)。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案做进一步说明，但是本专利技术要求保护的范围并不局限于此。本专利技术Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法：将FeSO4·7H2O和磺化酞菁钴(CoPcS)溶于甲醇中超声一定的时间，再置于管式炉下煅烧形成Fe/CoPcS；利用水热法合成具有高{001}晶面比例的TiO2；并在高温条件下将Fe/CoPcS负载在TiO2{001}晶面上合成Fe/Co-Nx/TiO2(001)纳米光催化剂。实施例1本专利技术Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，具体包含如下步骤：步骤1，制备Fe/Co-Nx纳米粒子：称取0.4g七水合硫酸亚铁和0.6g磺化酞菁钴置于4ml甲醇中超声10min，将所得的混合物置于管式炉中，在N2氛围保护下煅烧2h，煅烧温度为300℃，研磨后得到Fe/CoPcS；步骤2，分别量取25mL钛酸丁酯、5mL氢氟酸以及5mL去离子水置于聚四氟乙烯容器中混合搅拌均匀后，于反应釜中180℃下反应24h；将所得的产物离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍后烘干，研磨得到TiO2(001)纳米片；步骤3，称取50mgFe/CoPcS和200mgTiO2(001)纳米片置于10mL甲醇中，超声15min后，将混合物料置于管式炉中于600℃下热解2h后，研磨得到Fe/Co-Nx/TiO2(001)。实施例2本专利技术Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，具体包含如下步骤：步骤1，制备Fe/Co-Nx纳米粒子：称取0.4g七水合硫酸亚铁和0.6g磺化酞菁钴置于4ml甲醇中超声10min，将所得的混合物置于管式炉中，在N2氛围保护下煅烧2h，煅烧温度为300℃，研磨后得到Fe/CoPcS；步骤2，分别量取25mL钛酸丁酯、5mL氢氟酸以及5mL去离子水置于聚四氟乙烯容器中混合搅拌均匀后，于反应釜中170℃下反应20h；将所得的产物离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗3遍后烘干，研磨得到TiO2(001)纳米片；步骤3，称取50mgFe/CoPcS和200mgTiO2(001)纳米片置于10mL甲醇中，超声15min后，将混合物料置于管式炉中于800℃下热解3h后，研磨得到Fe/Co-Nx/TiO2(001)。对比实施例1一种TiO2(001)纳米片的制备方法，具体操作方式为：分别量取25mL钛酸丁酯、5mL氢氟酸以及5mL去离子水置于聚四氟乙烯容器中混合搅拌均匀后，于反应釜中180℃下反应24h；将所得的产物离心分离后分别用去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Fe/Co‑Nx/TiO2光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为在TiO2{001}晶面上含有Fe/Co‑Nx螯合物。

【技术特征摘要】
1.一种Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为在TiO2{001}晶面上含有Fe/Co-Nx螯合物。2.权利要求1所述的Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：将所需质量比的Fe/CoPcS与TiO2纳米片置于高温下热解反应，得到TiO2{001}晶面上含有Fe/Co-Nx螯合物的Fe/Co-Nx/TiO2纳米材料。3.根据权利要求2所述的Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：所述TiO2含{001}晶面的比例为70％～80％。4.根据权利要求2所述的Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：所述热解反应的温度为600～800℃。5.根据权利要求2所述的Fe/Co-Nx/TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，制备Fe/CoPcS：将所需量的磺化酞菁钴和七水合硫酸亚铁加入甲醇中，超声一段时间后将混合物料于N2气氛中煅烧一段时间，得到Fe/CoPcS；步骤2，制备具有高{001}晶面比例的TiO2纳米片：将所需量的钛酸丁酯、氢氟酸以及水按一定比例混合后于一定温度下进行反应，反应后的产物...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汉培，高照，朱鸿宇，郭润强，张睿宸，柴斯琦，查道平，吴俊明，毛静涛，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32