一种三氧化钼掺杂二氧化钛纳米光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术的一种MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的制备方法，属于水热法制备复合粉末的一种技术应用。目前制备TiO2粉体存在的问题有：粉体粒度不可控、分散性差，易于引入杂质等。该MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末制备方法包括：将四钼酸铵和钛酸四丁酯与过量的稀硝酸放入高压水热釜中进行水热反应。将水热产物经过搅拌、静置、清洗、抽滤，最后干燥即可得到纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末。本发明专利技术的优势在于采用水热法分别同时生成三氧化钼和二氧化钛，混合时，两种材料的纳米颗粒均匀混合缠结在一起，彼此相互阻碍晶粒长大与颗粒团聚，得到纳米或亚微米级、且分散性良好的MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末。

Preparation method of molybdenum trioxide doped titanium dioxide nano photocatalyst

The invention relates to a preparation method of MoO_3 doped titanium dioxide Nano-Photocatalyst powder, which belongs to a technical application of hydrothermal preparation of composite powder. At present, there are some problems in the preparation of titanium dioxide powder, such as uncontrollable particle size, poor dispersion, easy introduction of impurities, etc. The preparation method of MoO 3 doped titanium dioxide Nano-Photocatalyst powder includes: ammonium tetramolymolybdate and tetrabutyl titanate react with excessive dilute nitric acid in a high-pressure hydrothermal kettle. The nano-MoO_3 doped titanium dioxide photocatalyst powder can be obtained by stirring, stationary, cleaning, draining and drying the hydrothermal products. The advantages of the invention are that molybdenum trioxide and titanium dioxide are produced simultaneously by hydrothermal method. When mixed, the nanoparticles of the two materials are evenly mixed and entangled, which hinder the grain growth and agglomeration of the particles, and MoO 3 doped titanium dioxide photocatalyst powder with nanometer or submicron scale and good dispersion is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种三氧化钼掺杂二氧化钛纳米光催化剂的制备方法
本专利技术涉及纳米材料的制备
，具体的说是一种MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的制备方法，属于水热法制备复合粉末的一种技术应用。
技术介绍
TiO2因其氧化能力强、光催化活性高、物化性质稳定、无毒等优点而被广泛应用于空气净化、废水处理和杀菌自清洁等领域。在常温常压和催化剂的作用下，将有机污染物完全氧化至CO2、H2O以及无毒产物，是环境治理的有效手段，其原理是当能量大于或等于带隙的光照射到半导体时，半导体微粒吸收光能产生电子-空穴对，空穴可以夺取半导体颗粒表面的吸附物质或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被活化并被氧化，电子受体通过接受表面电子而被还原。但是TiO2是宽禁带半导体结构（Eg=3.2eV），只有波长较短的太阳光（λ<387nm）才能被吸收，而这部分紫外线只占到达地面太阳光的4%~6%，太阳能利用率很低，此外，光催化反应中光生载流子复合几率高、不易回收、重复利用率低等问题，限制了其工业化进程。MoO3是一种N型半导体材料，具有不连续的能带结构，在光催化领域有着广阔的应用前景。然而，目前现有技术制备光催化剂的技术中，存在制备出的催化剂粉末粒度大小不可控，颗粒分散性差，引入杂质含量高，两种物料的混配性差，同种物料颗粒易团聚等缺点。同时，在目前报道中，尚没有将二者进行复合来制备光催化剂的成功案例，这使得本工作具有一定的创新性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的制备方法，其步骤简单、操作方便，原料成本低，过程可控，安全环保。制备得到的成品纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末粉末粒度均匀、分散性好，混配织构形貌理想，纯度高，使产品具有优异的光催化性能。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤一、以边搅拌边滴加的方式，在600~1200r/min的搅拌速率下，取钛酸四丁酯滴加入稀硝酸溶液中，直至所得混合溶液中钛酸四丁酯的最终浓度为0.02~0.2mol/L，备用；步骤二、取四钼酸铵盐加入步骤一制得的混合溶液中，充分搅拌混合后，制得反应液原料，备用；步骤三、将步骤二制得的反应液原料转置于具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，之后，将水热釜放入干燥箱内，控制干燥箱以3~5℃/min的升温速率升温至150~200℃，进行水热反应15~20h，得到水热产物，备用；步骤四、对步骤三制得的水热产物进行搅拌、抽滤，取滤渣，之后，对所得滤渣反复进行多次加水、搅拌和抽滤处理，并将最终所得滤渣进行真空烘干，制得干燥粉体，备用；步骤五、将步骤四制得的干燥粉体放入马弗炉中，控制炉内温度升高至350~850℃进行保温煅烧1~2h，即得成品纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末。优选的，在步骤一中，所述稀硝酸溶液的浓度为2~14mol/L。优选的，在步骤二中，所述四钼酸铵盐的添加量为，使所得成品中MoO3:TiO2的质量比为（1~4）：5，即MoO3掺杂范围为20%~80%。优选的，在步骤四中，所述反复进行加水、搅拌和抽滤处理的次数为2-5次。优选的，在步骤四中，所述真空烘干时的温度为60~120℃，烘干时间为4~12h。优选的，在步骤五中，所述马弗炉内进行保温煅烧时的升温速率为3~5℃/min。本专利技术的反应原理是：原料中的钛酸四丁酯(C4H9O)4Ti与水反应得到Ti(OH)4，四钼酸铵水解得到钼酸H2MoO4，Ti(OH)4和H2MoO4在后续的烘干和煅烧步骤之后脱水分别生成TiO2与MoO3。由于工艺步骤中独特的过程精细控制，使两种物质得到同步生成和均匀分散，从而得到了交叉分散混合和相互织构的TiO2与MoO3。其具体的反应过程方程式为：钛酸四丁酯水热方程式：(C4H9O)4Ti+4H2O=4C4H9OH+Ti(OH)4煅烧过程反应式：Ti(OH)4=TiO2+2H2O四钼酸铵水热方程式：(NH4)2Mo4O13+5H2O=2NH4OH+4H2MoO4煅烧过程反应式：H2MoO4=MoO3+H2O有益效果：1、本专利技术的制备工艺采用水热法进行纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末的制备，该方法步骤简单，操作方便，设备成本以及原料成本低廉，过程可控、无毒，适合工业化批量生产。制备得到的纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末颗粒分散性好，粒径大小均匀，纯度高，TiO2颗粒与MoO3颗粒的混配织构均匀度高，避免了同种物料颗粒团聚问题的发生，使产品具有优异的光催化性能。2、本专利技术的优势在于采用独特的过程精细控制，通过简单的步骤制备出了纳米或亚微米级，TiO2和MoO3两种材料的纳米颗粒均匀混合缠结在一起，彼此相互阻碍晶粒长大与颗粒团聚，且分散性良好的纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末。本专利技术的制备工艺通过钛酸四丁酯的搅拌式滴加；水热反应时升温速率的调控；以及煅烧温度和煅烧升温速率的把控，来同时制备两种物质，并共同调节两种产物颗粒的生长、结合、相互装配和织构，以及两种物质之间能级和晶格的相互匹配。使两种物质的结合更为紧密，协同光催化性能更为优异。3、本专利技术的制备工艺采用一步水热法进行纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末的制备，步骤中，钛酸四丁酯600~1200转/min，边搅拌边滴加的添加方式，可使TiO2的生成原料在添加后能够迅速的消融在稀硝酸体系中，避免钛酸四丁酯与水反应生成的凝胶大量团聚，造成TiO2纳米粉体的生成困难，以及TiO2与MoO3交错式织构形貌的难以形成。水热反应时，干燥箱内3~5℃/min的升温速率，能够很好的保证中间产物Ti(OH)4和H2MoO4的同步生成，避免升温速率过快或过慢时，(C4H9O)4Ti或(NH4)2Mo4O13反应不完全，造成新生成的粉末包裹在原料表面，抑制反应的继续有序进行。附图说明图1为实施例1所制备MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的XRD图；图2为实施例1所制备MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的SEM电镜图；图3为实施例2所制备MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的SEM电镜图；图4为实施例3所制备MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的SEM电镜图；图5为实施例3所制备的MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的光催化降解有机物的性能对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细的阐述和说明。一种MoO3掺杂TiO2纳米光催化剂粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取浓硝酸与蒸馏水混合后，配制成浓度为2~14mol/L的稀硝酸溶液，充分搅拌混合后，备用；此处对稀硝酸的浓度进行了显示，因为其浓度过高会使后续添加的钛酸四丁酯反应不充分，反之，则会使四钼酸铵反应不充分。步骤二、将钛酸四丁酯一滴一滴地加入到步骤一制得的稀硝酸溶液中，边滴加边搅拌，搅拌速率为600~1200r/min，得到溶液A，溶液A中钛酸四丁酯最终浓度为0.02~0.2mol/L；该步骤中，钛酸四丁酯的添加需在搅拌条件下进行，这是因为钛酸四丁酯和水极易发生反应生成凝胶，导致生成物大量团聚，制备TiO2纳米粉体尤其困难。而搅拌速度过快或过慢均会导致溶液中颗粒团聚。而钛酸四丁酯在稀硝酸中的添加量也有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三氧化钼掺杂二氧化钛纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以边搅拌边滴加的方式，在600~1200r/min的搅拌速率下，取钛酸四丁酯滴加入稀硝酸溶液中，直至所得混合溶液中钛酸四丁酯的最终浓度为0.02 ~0.2mol/L，备用；步骤二、取四钼酸铵加入步骤一制得的混合溶液中，充分搅拌混合后，制得反应液原料，备用；步骤三、将步骤二制得的反应液原料转置于具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，之后，将水热釜放入干燥箱内，控制干燥箱以3~5 ℃/min的升温速率升温至150~200 ℃，进行水热反应15~20 h，得到水热产物，备用；步骤四、对步骤三制得的水热产物进行搅拌、抽滤，取滤渣，之后，对所得滤渣反复进行多次加水、搅拌和抽滤处理，并将最终所得滤渣进行真空烘干，制得干燥粉体，备用；步骤五、将步骤四制得的干燥粉体放入马弗炉中，控制炉内温度升高至350~850℃进行保温煅烧1~2h，即得成品纳米MoO3掺杂TiO2光催化剂粉末。

【技术特征摘要】
1.一种三氧化钼掺杂二氧化钛纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以边搅拌边滴加的方式，在600~1200r/min的搅拌速率下，取钛酸四丁酯滴加入稀硝酸溶液中，直至所得混合溶液中钛酸四丁酯的最终浓度为0.02~0.2mol/L，备用；步骤二、取四钼酸铵加入步骤一制得的混合溶液中，充分搅拌混合后，制得反应液原料，备用；步骤三、将步骤二制得的反应液原料转置于具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，之后，将水热釜放入干燥箱内，控制干燥箱以3~5℃/min的升温速率升温至150~200℃，进行水热反应15~20h，得到水热产物，备用；步骤四、对步骤三制得的水热产物进行搅拌、抽滤，取滤渣，之后，对所得滤渣反复进行多次加水、搅拌和抽滤处理，并将最终所得滤渣进行真空烘干，制得干燥粉体，备用；步骤五、将步骤四制得的干燥粉体放入马弗炉中，控制炉内温度升高至350~850℃进行保温煅烧1~2h，即得成...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘昆明，魏世忠，赵阳，徐流杰，张程，毛丰，陈冲，周玉成，李秀青，王飞鸿，杨艳萍，王长记，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41