一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及水处理技术领域，尤其涉及一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。本发明专利技术将第一混合液与第二混合液混合，钛源遇水发生水解，得到胶状物；之后将胶状物在氮气条件下进行煅烧，煅烧过程在二氧化钛表面会形成氧空位，同时生成Ti

A black titanium dioxide photocatalyst and its preparation and Application

The invention relates to the technical field of water treatment, in particular to a black titanium dioxide photocatalyst and a preparation method and application thereof. The preparation method of the invention includes the following steps: mixing the first mixture including titanium source and anhydrous ethanol with the second mixture including inhibitor, water and anhydrous ethanol, carrying out hydrolysis reaction to obtain colloidal substance; calcining the colloidal substance under the condition of nitrogen to obtain black titanium dioxide photocatalyst. In the invention, the first mixed liquid and the second mixed liquid are mixed, and the titanium source is hydrolyzed when encountering water to obtain the gelatinous substance; then the gelatinous substance is calcined under the condition of nitrogen, and the oxygen vacancy will be formed on the surface of titanium dioxide during the calcination process, and ti will be generated at the same time

【技术实现步骤摘要】
一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
目前，湖泊水体富营养化现象日益严重，而蓝藻水华爆发是水体富营养化的重要表征，也是我国乃至全世界最为严重的水环境问题之一。我国66％的淡水湖泊和水库常年遭受蓝藻水华的侵害。水华的产生可以造成鱼类及水生动物等窒息死亡、有毒气体的产生和水体生态系统功能的丧失等，直接危害人类健康。有害藻类的防控技术主要包括物理法、化学法和生物法，但这些传统的除藻技术都存在不足之处，致使水华藻类的防控过程尤为艰难，任重道远。纳米材料光催化技术为水环境污染的治理提供了新的思路，大量研究表明，利用纳米材料光催化过程可以成功抑制水华蓝藻的生长，甚至逐步降解藻细胞及有害代谢产物，其中TiO2因具有成本低廉、无毒害、效率高等独特的性能得到了广泛研究。但TiO2的带隙较宽，光吸收范围局限在波长小于387nm的紫外光区，从而限制了TiO2的光能利用率，尤其是不能充分利用自然界中丰富的可见光。目前，TiO2的改性研究重点在于拓宽其可见光谱响应范围以增加光能利用率，但从目前的研究成果看，可见太阳光能的利用率并不高，亟需创新的改性制备方法提高可见光的利用率，以加快光催化技术在控藻抑藻方面的推广应用。黑色二氧化钛的出现克服了上述问题，具有优异的可见光吸收性能和表面反应活性，因此具有更强的光催化特性。黑色二氧化钛的代表性制备方法有氢气还原法、铝热还原法、溶液蒸发法，但是上述方法存在安全隐患和对设备要求高等弊端。如何利用温和简单的方法制备能带窄、缺陷多的黑色二氧化钛是促进光催化技术在除藻领域应用的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种黑色二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用，本专利技术制备的黑色二氧化钛光催化剂带隙较窄，可以充分吸收可见光，能有效去除水体中的有害藻，且制备方法简单、温和。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。优选的，所述钛源包括钛酸四丁酯或四氯化钛；所述抑制剂包括浓盐酸或浓硝酸。优选的，所述水解反应的混合体系中，钛源、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比为(3.0～4.0)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。优选的，所述第一混合液中还包括尿素；当第一混合液中还包括尿素时，所述水解反应的混合体系中，钛源、尿素、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比为(3.0～4.0)：(0.28～1.11)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。优选的，所述水解反应过程中采用玻璃棒进行搅拌，水解反应的时间为1～3min。优选的，所述煅烧的温度为400～600℃，保温时间为2～4h。优选的，所述煅烧前还包括对胶状物进行烘干，所述烘干的温度为60～80℃，时间为10～12h。优选的，将所述第一混合液与所述第二混合液混合的方式为：将第二混合液滴加到第一混合液中进行混合。本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的黑色二氧化钛光催化剂。本专利技术提供了上述方案所述黑色二氧化钛光催化剂在可见光催化去除藻类中的应用。本专利技术提供了一种黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。本专利技术将第一混合液与第二混合液混合，钛源遇水发生水解，得到胶状物；之后将胶状物在氮气条件下进行煅烧，煅烧过程在二氧化钛表面会形成氧空位，同时生成Ti3+，使二氧化钛的带隙变窄，从而可以吸收利用可见光，有效去除水体中的有害藻类。实施例的结果表明，本专利技术制得的黑色二氧化钛的带隙能最低可为1.47eV，在可见光下，10h后对铜绿微囊藻叶绿素的降解率可达72.5％。此外，本专利技术制备的黑色二氧化钛光催化剂还具有在可见光照射下可重复利用、稳定性好等优点。附图说明图1为实施例1制得的0.6N/b-TiO2光催化剂的SEM和TEM图；图2为实施例1制得的不同氮掺杂黑色二氧化钛光催化剂的XRD图；图3为实施例1中根据不同氮掺杂黑色二氧化钛的UV-vis数据所画的能带隙图；图4为实施例1制得的不同氮掺杂量的黑色二氧化钛对铜绿微囊藻叶绿素的去除效果；图5为实施例2中制得的0.6N-N2光催化剂在不同煅烧温度下的XRD图；图6为不同煅烧气氛下在500℃下煅烧所得二氧化钛的XRD图；图7为根据对比例所得白色二氧化钛的UV-vis数据所画的能带隙图；图8为根据实施例2在不同煅烧温度下制备所得0.6N-N2黑色二氧化钛的UV-vis数据所画的能带隙图；图9为实施例2和对比例制得的二氧化钛对铜绿微囊藻叶绿素的去除效果；图10为0.6N/b-TiO2重复利用三次的除藻效果。具体实施方式本专利技术提供了一种黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。本专利技术将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物。在本专利技术中，所述钛源优选包括钛酸四丁酯或四氯化钛，更优选为钛酸四丁酯；所述抑制剂优选包括浓盐酸或浓硝酸，更优选为浓盐酸。在本专利技术中，所述浓盐酸的浓度优选为12mol/L；所述浓硝酸的浓度优选为16mol/L。本专利技术添加抑制剂可以抑制钛源的水解速率，避免水解过快对光催化剂的性能产生不利影响。在本专利技术中，所述第一混合液优选由钛源和无水乙醇混合得到。在本专利技术中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为300～500rpm，搅拌的时间优选为1～3h。在本专利技术中，所述第一混合液优选还包括尿素。当所述第一混合液还包括尿素时，所述第一混合液的制备优选包括以下步骤：将尿素加入到无水乙醇中，搅拌后，继续加入钛源并持续搅拌，得到第一混合液。在本专利技术中，所述搅拌的速率优选为300～500rpm。在本专利技术中，总的搅拌时间优选控制在1～3h。在本专利技术中，所述第二混合液优选由抑制剂、水和无水乙醇混合得到。在本专利技术中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为300～500rpm，搅拌的时间优选为1～3h。得到第一混合液和第二混合液后，本专利技术将所述第一混合液与所述第二混合液混合，得到水解反应体系。在本专利技术中，所述水解反应体系中，钛源、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比优选为(3.0～4.0)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)，更优选为3.43：1：23.13：42.93。当所述第一混合液中还包括尿素时，所述水解反应体系中钛源、尿素、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比优选为(3.0～4.0)：(0.28～1.11)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)，更优选为3.43：(0.28～1.11)：1：23.13：42.93。在本专利技术中，所述无水乙醇在第一混合液与第二混合液中的体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将包括钛源和无水乙醇的第一混合液与包括抑制剂、水和无水乙醇的第二混合液混合，进行水解反应，得到胶状物；将所述胶状物在氮气条件下进行煅烧，得到黑色二氧化钛光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源包括钛酸四丁酯或四氯化钛；所述抑制剂包括浓盐酸或浓硝酸。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水解反应的混合体系中，钛源、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比为(3.0～4.0)：1：(23.0～24.0)：(42.0～43.0)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合液中还包括尿素；当第一混合液中还包括尿素时，所述水解反应的混合体系中，钛源、尿素、抑制剂、水和无水乙醇的摩尔比为(3.0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹国燕，周丽，辛立勋，崔娜欣，张旭，蔡敏，陈桂发，
申请(专利权)人：上海市农业科学院，
类型：发明
国别省市：上海,31