一种负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法和应用技术

一种负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法和应用，涉及二氧化钛光催化剂的制备方法和应用。目的是解决TiO

【技术实现步骤摘要】
一种负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法和应用
本专利技术涉及一种二氧化钛光催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
船舶压载水保证了远洋船舶的安全稳定航行，压载水本身无害，但其中携带有大量的细菌和病毒等，通过地理性隔离水体间的传播，将对当地海洋生物种类、种群结构、食物链结构、生物多样性等产生一系列的影响，威胁渔业生产、经济和海洋生态安全等。船舶压载水已被全球环境基金组织和国际海事组织认定为当前海洋环境所面临的四大威胁之一。目前光催化技术已经得到了广泛的应用，尤其是在环境保护领域更是被作为一种清洁技术进行优化推广。其中TiO2光催化剂以其化学性质稳定，氧化还原性能强，易制取，无毒不污染环境等优点，被认为是最理想的光催化剂。尽管如此，学者们研究发现TiO2作为催化剂参与光催化的量子效率还有待提高。TiO2存在一些缺陷，例如TiO2的禁带宽度较宽，为3.2eV，限制了TiO2对太阳能的实际利用率；光生电子(e-)和空穴(h+)易复合，则TiO2表面氧化反应的活性位点减少，导致光催化反应效率降低，限制了TiO2的实际应用。非金属阴离子掺杂可以扩大TiO2的带隙范围，提高光催化活性；金属阳离子掺杂可以减小TiO2的禁带宽度，有利于光生电子-空穴对的分离，提高光催化效果；虽然单一的元素掺杂可以在一定程度上提高纳米TiO2的光催化效果，但提升能力有限；
技术实现思路
本专利技术针对现有TiO2光催化剂的光催化效果差的问题，提出一种负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法和应用。本专利技术负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法按照以下步骤进行：一、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将钛酸四酊酯缓慢加入到无水乙醇中，持续磁力搅拌10-50min，得到淡黄色混合溶液A；二、将无水乙醇、去离子水和无水乙酸混合得到混合液，向混合液中加入硝酸铜和尿素，混合均匀后用浓硝酸调节混合液的pH至1-3，得到溶液B；三、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将溶液B缓慢加入到溶液A中，持续磁力搅拌40-80min，得到溶液C；四、将溶液C密封并静置2-4h，然后用浸渍提拉法将溶液C镀覆于清洁后的载体上，烘干后进行煅烧，即完成。利用上述方法制备的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂进行光催化灭活细菌的方法按照以下步骤进行：将负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂置于含有细菌的污水中，在紫外灯照射下进行灭菌处理10-30s；本专利技术原理及有益效果为：1、本专利技术利用金属和非金属的共掺杂制备负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂，不仅可以减小纳米TiO2的禁带宽度，抑制电子-空穴对的复合，而且还可以提高掺杂元素的量，具有很好的协同效应，其中硝酸铜作为金属阳离子Cu2+的来源，尿素作为非金属阴离子N3-的来源，对纳米TiO2光催化剂进行双掺杂改性后，所得的Cu2+/N3-双掺杂TiO2催化剂带隙能量降低，e--h+的复合几率降低，围增大，光催化效果提高；另外Cu2+/N3-双掺杂TiO2催化剂在光催化过程中，可以产生更多的羟基自由基，羟基自由基具有强氧化性，不仅提高了微生物的灭活效果、还能够弥补紫外的缺陷，从而提高处理效率。本专利技术制备方法简单，快速；原料来源广泛且价格低廉，易于实现工业化生产。本专利技术的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂较纯二氧化钛催化剂灭菌率提高了1.67log，较Cu2+掺杂二氧化钛、N3-掺杂二氧化钛等单掺杂改性二氧化钛相比，灭菌率提高了0.98log以上，为含有细菌废水的处理提供技术支撑。2、粉末状纳米TiO2易溶解到被处理溶液中，不易回收、无法重复利用；本专利技术将粉末状纳米光催化剂负载于载体后，光催化剂与载体结合牢固，处理后取出载体则可以将光催化剂与溶液分开，不需要其他的分离工艺，从而进行重复利用，因此本专利技术的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂易于从溶液中分离，有利于催化剂的循环利用，从而能够更好的运用到工程实际中。4、本专利技术选择了抑菌效果好且价格低廉的Cu元素，以及光响应范围大且与O元素原子半径最接近的N元素做为掺杂元素，其中纳米TiO2中掺杂少量的Cu，则可以提供大量的捕获陷阱，抑制电子-空穴对的复合，而掺杂少量的N，则可以将N2p和O2p轨道杂化，使TiO2禁带宽度减小，因此这两种元素共掺杂表现出的协同作用更加明显，与现有金属和非金属的共掺杂相比优势也更加明显。附图说明图1是实施例1中清洁后的不锈钢纤维毡表面的扫描电镜图；图2为二氧化钛的扫描电镜图；图3为实施例1步骤三所得Cu2+/N3-双掺杂改性二氧化钛的扫描电镜图；图4为实施例1制备的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的扫描电镜图。具体实施方式：本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。具体实施方式一：本实施方式负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法按照以下步骤进行：一、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将钛酸四酊酯缓慢加入到无水乙醇中，持续磁力搅拌10-50min，得到淡黄色混合溶液A；二、将无水乙醇、去离子水和无水乙酸混合得到混合液，向混合液中加入硝酸铜和尿素，混合均匀后用浓硝酸调节混合液的pH至1-3，得到溶液B；三、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将溶液B缓慢加入到溶液A中，持续磁力搅拌40-80min，得到溶液C；四、将溶液C密封并静置2-4h，然后用浸渍提拉法将溶液C镀覆于清洁后的载体上，烘干后进行煅烧，即完成。1、本实施方式利用金属和非金属的共掺杂制备负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂，不仅可以减小纳米TiO2的禁带宽度，抑制电子-空穴对的复合，而且还可以提高掺杂元素的量，具有很好的协同效应，其中硝酸铜作为金属阳离子Cu2+的来源，尿素作为非金属阴离子N3-的来源，对纳米TiO2光催化剂进行双掺杂改性后，所得的Cu2+/N3-双掺杂TiO2催化剂带隙能量降低，e--h+的复合几率降低，围增大，光催化效果提高；另外Cu2+/N3-双掺杂TiO2催化剂在光催化过程中，可以产生更多的羟基自由基，羟基自由基具有强氧化性，不仅提高了微生物的灭活效果、还能够弥补紫外的缺陷，从而提高处理效率。本实施方式制备方法简单，快速；原料来源广泛且价格低廉，易于实现工业化生产。本实施方式的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂较纯二氧化钛催化剂灭菌率提高了1.67log，较Cu2+掺杂二氧化钛、N3-掺杂二氧化钛等单掺杂改性二氧化钛相比，灭菌率提高了0.98log以上，为含有细菌废水的处理提供技术支撑。2、粉末状纳米TiO2易溶解到被处理溶液中，不易回收、无法重复利用；本实施方式将粉末状纳米光催化剂负载于载体后，光催化剂与载体结合牢固，处理后取出载体则可以将光催化剂与溶液分开，不需要其他的分离工艺，从而进行重复利用，因此本实施方式的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂易于从溶液中分离，有利于催化剂的循环利用，从而能够更好的运用到工程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：/n一、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将钛酸四酊酯缓慢加入到无水乙醇中，持续磁力搅拌10-50min，得到淡黄色混合溶液A；/n二、将无水乙醇、去离子水和无水乙酸混合得到混合液，向混合液中加入硝酸铜和尿素，混合均匀后用浓硝酸调节混合液的pH至1-3，得到溶液B；/n三、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将溶液B缓慢加入到溶液A中，持续磁力搅拌40-80min，得到溶液C；/n四、将溶液C密封并静置2-4h，然后用浸渍提拉法将溶液C镀覆于清洁后的载体上，烘干后进行煅烧，即完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
一、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将钛酸四酊酯缓慢加入到无水乙醇中，持续磁力搅拌10-50min，得到淡黄色混合溶液A；
二、将无水乙醇、去离子水和无水乙酸混合得到混合液，向混合液中加入硝酸铜和尿素，混合均匀后用浓硝酸调节混合液的pH至1-3，得到溶液B；
三、在25-35℃恒温水浴和磁力搅拌条件下将溶液B缓慢加入到溶液A中，持续磁力搅拌40-80min，得到溶液C；
四、将溶液C密封并静置2-4h，然后用浸渍提拉法将溶液C镀覆于清洁后的载体上，烘干后进行煅烧，即完成。


2.根据权利要求1所述的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一所述无水乙醇和钛酸四酊酯的体积比为(28-252)：(6-54)。


3.根据权利要求1所述的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤二所述无水乙醇、去离子水和无水乙酸的体积比为(14-126)：(2-18)：(4-36)。


4.根据权利要求1所述的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤二所述硝酸铜的质量和钛酸四酊酯的体积的比为(0.0639-0.5751)g：(6-54)mL。


5.根据权利要求1所述的负载型双掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤二所述尿素...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁正，施悦，王静玮，王臣业，张坤，王席席，徐敏，蔡煜航，冯睿哲，
申请(专利权)人：青岛哈工程正和环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37