一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备与应用制造技术

一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti‑Zr‑Si复合光催化剂的制备与应用，以八水氧氯化锆，正硅酸乙酯，硫酸钛为起始原料，配制钛硅锆溶胶，其中，原料的加入量为n(Ti):n(Zr):n(Si)＝2～6:1:1～4。以柠檬酸为金属离子络合剂，柠檬酸和八水氧氯化锆的质量比为0.5:2。将钛硅锆溶胶干燥，800℃煅烧后得到结晶度好的白色TiO

Preparation and application of a core-shell Ti Zr Si composite photocatalyst with strong absorption of incident light

【技术实现步骤摘要】
一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备与应用
本专利技术属于无机非金属材料
，涉及一种核壳结构粉体，特别涉及一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备与应用。
技术介绍
近些年，环境污染问题一直备受大家的关注。随着纺织和印染行业的发展，染料水的污染越来越严重，它已成为一种主要的污染来源。1976年，Carey等将半导体材料用于光催化降解污染物，拉开半导体光催化技术在环保领域的序幕。作为一种典型的结构和功能材料，TiO2半导体光催化剂一直研究最多的材料。但由于纯相TiO2粉体禁带宽度较大，只对紫外光响应等缺陷极大地限制了其在环境治理领域的应用。如今越来越多的研究者将工作重心放在了TiO2粉体改性的研究上，主要包括贵金属沉积，半导体复合，掺杂等方法，这些方法主要是为了降低TiO2粉体禁带宽度。目前，对于光催化剂如何提高对入射光的吸收方面的报道不多。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备与应用，其制备周期短，成本低，所得产物对入射光吸收强，光催化性能好。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1，以八水氧氯化锆，正硅酸乙酯，硫酸钛为起始原料，配制钛硅锆溶胶；步骤2，取用一部分钛硅锆溶胶将其干燥，煅烧后得到结晶度好的白色TiO2-ZrO2-SiO2复合粉体；步骤3，将所述复合粉体浸渍在钛硅锆溶胶中，在去除多余溶胶后得到钛硅锆溶胶@白色(TiO2-ZrO2-SiO2)复合物；步骤4，将所述复合物热处理即得核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂。所述钛硅锆溶胶的制备方法如下：持续磁力搅拌的情况下，在20mL去离子水中加入碱性试剂，调节pH＝7～10，将八水氧氯化锆和络合剂溶于所述去离子水中，配制成均一透明溶液，即锆前驱体溶液；将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中配制正硅酸乙酯溶液；将硫酸钛溶于去离子水，制得钛溶液；在持续磁力搅拌的情况下，依次将正硅酸乙酯溶液、钛溶液加入到锆前驱体溶液中，制得钛硅锆溶胶。所述碱性试剂为氨水或氢氧化钠，所述络合剂为金属离子络合剂或柠檬酸。所述锆前驱体溶液中，锆离子浓度为0.25±0.2moL/L，八水氧氯化锆和络合剂的质量比为0.5:2，正硅酸乙酯和硫酸钛的加入量根据n(Ti):n(Zr):n(Si)＝2～6:1:1～4确定。所述步骤2中，将一部分钛硅锆溶胶置于80±10℃的水浴锅中加热搅拌4～6h，得到湿凝胶，在放入100±10℃的烘箱中干燥12～24h，制得钛硅锆干凝胶；将钛硅锆干凝胶放入马弗炉中800℃煅烧，得到结晶度好的白色(TiO2-ZrO2-SiO2)复合粉体。所述步骤3中，将复合粉体2g浸渍在钛硅锆溶胶中2～5min，然后通过真空抽滤去除多余的溶胶。所述步骤4中，将复合物烘干后放置于坩埚中，在马弗炉中350～550℃热处理1～2h。本专利技术制备所得核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂，可用于染料、印刷等行业有机染料废水的吸附和光催化降解的处理。具体步骤和原理如下：催化剂表面黑色Ti-Zr-Si壳层存在丰富的表面缺陷态，光催化剂首先会快速的将污染物吸附到其表面。当入射光照射该催化剂时，可以大幅度吸收入射光，然后在太阳光的激发下，表面黑色Ti-Zr-Si壳层吸收太阳光能量，进而激发核层的白色(TiO2-ZrO2-SiO2)产生大量的光生载流子，由于表面黑色Ti-Zr-Si壳层存在很多缺陷态，充当电子陷阱，有利于光生载流子的分离，进而提高光催化效率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术先制备出光催化性能优异的白色(TiO2-ZrO2-SiO2)粉体，在其表面附着一层钛硅锆凝胶后，在通过低温煅烧得到黑色Ti-Zr-Si壳层。黑色Ti-Zr-Si壳层存在一定的缺陷态，增强了粉体的活性。紫外可见吸收光谱显示，所制备的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂在可见光区有很高光吸收率。本专利技术所用的制备对入射光具有强吸收的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂粉体的方法简单，成本低，没有二次污染。在结晶度好白色(TiO2-ZrO2-SiO2)粉体表面包裹一层具有一定数量缺陷态的低温强吸收层，形成核壳结构后，既不影响原有白色(TiO2-ZrO2-SiO2)粉体的光催化性，又具有良好的吸附性能。(2)本专利技术制备的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂既良好的吸附性能，又具有优异的光催化性能。在光催化反应过程中，本专利技术所制备的光催化剂首先会快速的将污染物吸附到其表面，然后在太阳光的激发下，表面黑色Ti-Zr-Si壳层吸收太阳光能量，进而激发核层的白色(TiO2-ZrO2-SiO2)产生大量的光生载流子，由于表面黑色Ti-Zr-Si壳层存在很多缺陷态，充当电子陷阱，有利于光生载流子的分离，进而提高光催化效率。(3)SiO2的引入可以有效的抑制晶粒的长大和晶型的转变。晶粒细小的粉体具有量子尺寸效应，粉体的表面活性增加，有利于光催化活性的提高。(4)ZrO2是唯一一种同时存在酸性和碱性位点的氧化物，既具有氧化性又具有还原性，是一种优异的吸附材料，而且Zr和Ti属于同一族，性质较相近，二者复和后匹配性好，可以保持各自的优点，同时也通过钛锆的协同作用，产生了新的催化活性位；同时，可以降低TiO2的禁带宽度，提高复合催化剂对可见光的响应。附图说明图1是实施例2中所制备的白色(TiO2-ZrO2-SiO2)(a)和核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂(b)的紫外可见吸收光谱图。图2是白色(TiO2-ZrO2-SiO2)(S1)和实施例2中所制备的对入射光具有强吸收的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂(S2)对罗丹明B的光催化降解图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步描述，并非对其保护范围的限制。实施例1一种对入射光具有强吸收的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂制备工艺，具体流程如下：(1)步骤一：持续磁力搅拌的情况下，在20mL去离子水中加入碱性试剂氨水，调节pH＝7～10，将氧氯化锆和金属离子络合剂溶于上述去离子水中，配制成锆离子浓度为0.05moL/L均一透明的溶液，即锆前驱体溶液。其中，氧氯化锆和金属离子络合剂的质量比为0.5:2。将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中配制正硅酸乙酯溶液。将硫酸钛溶于去离子水，制得钛溶液。正硅酸乙酯和硫酸钛的加入量根据n(Ti):n(Zr):n(Si)＝6:1:4确定。在持续磁力搅拌的情况下，依次将正硅酸乙酯溶液、钛溶液加入到锆前驱体溶液中，制得钛硅锆溶胶。将钛硅锆溶胶置于80℃的水浴锅中加热搅拌4h，得到湿凝胶，在放入80℃的烘箱中干燥12h，制得钛硅锆干凝胶。最后将钛硅锆干凝胶放入马弗炉中800℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，以八水氧氯化锆，正硅酸乙酯，硫酸钛为起始原料，配制钛硅锆溶胶；/n步骤2，取用一部分钛硅锆溶胶将其干燥，煅烧后得到结晶度好的白色TiO

【技术特征摘要】
1.一种对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，以八水氧氯化锆，正硅酸乙酯，硫酸钛为起始原料，配制钛硅锆溶胶；
步骤2，取用一部分钛硅锆溶胶将其干燥，煅烧后得到结晶度好的白色TiO2-ZrO2-SiO2复合粉体；
步骤3，将所述复合粉体浸渍在钛硅锆溶胶中，在去除多余溶胶后得到钛硅锆溶胶@白色(TiO2-ZrO2-SiO2)复合物；
步骤4，将所述复合物热处理即得核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂。


2.根据权利要求1所述对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛硅锆溶胶的制备方法如下：
持续磁力搅拌的情况下，在20mL去离子水中加入碱性试剂，调节pH＝7～10，将八水氧氯化锆和络合剂溶于所述去离子水中，配制成均一透明溶液，即锆前驱体溶液；将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中配制正硅酸乙酯溶液；将硫酸钛溶于去离子水，制得钛溶液；在持续磁力搅拌的情况下，依次将正硅酸乙酯溶液、钛溶液加入到锆前驱体溶液中，制得钛硅锆溶胶。


3.根据权利要求2所述对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱性试剂为氨水或氢氧化钠，所述络合剂为金属离子络合剂或柠檬酸。


4.根据权利要求2或3所述对入射光具有强吸收作用的核壳结构Ti-Zr-Si复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述锆前驱体溶液中，锆离...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍媛婷，常小靖，曾柏林，张新孟，刘虎林，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61