一种D35-TiO制造技术

本发明专利技术涉及化学材料领域与污染物处理领域，具体公开了一种D35‑TiO

【技术实现步骤摘要】
一种D35-TiO2纳米晶薄膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及化学材料领域与污染物处理领域，具体地说，涉及一种用于光催化降解污染物的染料敏化二氧化钛纳米薄膜材料。
技术介绍
内分泌干扰物(EDCs)污染最近引起了公众的广泛关注。双酚A(BPA)是EDCs的典型代表，是广泛用作制造环氧树脂和聚碳酸酯塑料的原料。目前，据报道BPA从聚碳酸酯婴儿奶瓶，饮用水箱和可重复使用的容器中都有浸出，说明它已经普遍存在于水生环境中。二氧化钛(TiO2)光催化反应可有效去除顽固化合物，并且由于TiO2具有高的光催化活性，化学稳定性，无毒性和低成本而常用于废水净化。但是，TiO2带隙较宽(3.2eV)，只能吸收紫外光。然而，紫外光子通量仅占整个太阳光谱的3％-5％，人工紫外光的使用会消耗大量的能量，经济成本高昂。另外，注入TiO2导带(CB)的电子很容易与其价带(VB)中留下的空穴重新结合，从而降低光催化效率。上述问题限制了纯TiO2光催化的实际应用。近年来，染料敏化已经成功的应用于太阳能电池中，也已应用于水分解和污染物的分解中。敏化剂是染料敏化中的关键部分，其影响可见光吸收、光催化性能和稳定性。使用曙红Y，罗丹明B和赤藓红敏化P25TiO2，降解2，4-二氯苯酚。尽管这种光催化剂能够降解有机污染物，但它们表现出低的光转换效率和不足的稳定性。过渡金属基染料，如钌Ru(Ⅱ)或铱Ir(III)配合物，由于其光吸收范围广，稳定性高而受到广泛关注。然而，它们的合成成本高，并且它们的生态毒性也不容忽视。有机染料，如卟啉和酞菁，具有很高的消光系数和化学稳定性。由于其稳定和可调的物理化学性质，许多研究人员将它们用于水处理。近年来，Hagfeldt开发的D35有机染料由于光吸收范围广，摩尔消光系数高，稳定性好，在染料敏化太阳能电池(DSC)中表现出优异的光伏性能。在染料敏化光催化中，大多数研究集中在悬浮系统上以便于合成。然而，悬浮反应系统存在四个典型缺点：1)光诱导电荷载体的快速复合；2)纳米颗粒团聚严重，降低表面积且抑制光催化剂的催化活性；3)纳米颗粒光催化剂从溶液中分离的过程复杂且易造成二次污染；4)材料回收问题限制了其实际应用。因此，需要开发一种制备方法更为简单，且对微污染物降解速率更高、稳定性更好、且方便回收重复利用的染料敏化光催化材料。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种D35-TiO2纳米晶薄膜及其制备方法与应用。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种D35-TiO2纳米晶薄膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤1：在550℃的热台上，用喷雾热解法在预清洗的FTO玻璃基板(Pilkingto公司，薄膜电阻15欧姆，厚度2.3毫米，高透射率)上沉积形成致密的结晶TiO2空穴阻隔层；步骤2：利用刮刀将胶状的TiO2纳米颗粒通过刮涂法加载到步骤1所述的致密的结晶TiO2空穴阻隔层上，循环此操作三次，并在每个循环后在100℃的烘箱中干燥20分钟(即：刮涂法加载-烘箱干燥-刮涂法加载-烘箱干燥-刮涂法加载-烘箱干燥)；之后，将干燥后的样品置于马弗炉中于550℃下烧结60分钟，使TiO2晶型完全转变为锐钛矿型，然后自然冷却至90℃，接着将样品浸入35mM的TiCl4水溶液中置于76℃烘箱中保持50分钟，保证在TiO2纳米颗粒之间生成细小的TiO2晶体以使所有颗粒之间能够充分连接，然后用去离子水冲洗样品表面，再次重复上述烧结过程，自然冷却至70℃，最终得到厚度为16微米的介孔TiO2纳米晶薄膜；步骤3：将步骤2得到的所述介孔TiO2纳米晶薄膜浸入含有0.5mMD35染料的乙腈溶液中敏化10小时，使TiO2薄膜表面获得高D35覆盖率，之后，用无水乙醇冲洗样品并用压缩空气吹干，即得D35-TiO2纳米晶薄膜(即D35敏化的介孔TiO2纳米晶薄膜)。进一步地，在前述制备方法的步骤1中，喷雾前驱体溶液为含有0.15M钛酸丁酯和3M乙酰丙酮的异丙醇溶液。进行喷雾热解时，喷雾距离样品4厘米，单次喷雾时间为15秒，喷雾循环次数为20次，每个循环之间间隔60秒，得到厚度为200纳米的所述致密的结晶TiO2空穴阻隔层。在本专利技术的具体实施方式中，作为示例性说明，所述玻璃基板的尺寸为5cm×5cm，在实际操作中玻璃基板的尺寸规格并不局限于此。第二方面，本专利技术提供一种D35-TiO2纳米晶薄膜，所述D35-TiO2纳米晶薄膜是由D35染料分子通过羧基形成螯合化学键与TiO2表面结合，在整个TiO2表面形成均匀的染料单分子层；所述D35-TiO2纳米晶薄膜在可见光照射下，可在双酚A(BPA)初始浓度为15mg/L、初始pH为7的条件下对双酚A进行降解，且在200分钟后双酚A的降解率可超过97％。进一步地，前述本专利技术所提供的D35-TiO2纳米晶薄膜，可由本专利技术前述的制备方法制备得到的。应当理解的是，本专利技术前述制备方法制备得到的D35-TiO2纳米晶薄膜，在可见光照射下，可在双酚A初始浓度为15mg/L、初始pH为7的条件下对双酚A进行降解，且在200分钟后双酚A的降解率可超过97％。相比现有技术，具有显著进步。第三方面，本专利技术提供了所述D35-TiO2纳米晶薄膜，或本专利技术所述制备方法制备得到的D35-TiO2纳米晶薄膜在光电催化降解有机污染物方面的应用。作为优选，本专利技术所述D35-TiO2纳米晶薄膜在光催化条件下，对双酚A具有格外优异的降解效果。因此，在所述应用的范围内，所述应用具体可体现为一种光电催化降解双酚A的方法，所述方法具体为：将所述D35-TiO2纳米晶薄膜置于含有双酚A的污水中，在光催化条件下对双酚A进行降解。作为优选，所述污水中双酚A的初始浓度为0.1～16mg/L，pH值为4～8时，可更利于本专利技术所提供的D35-TiO2纳米晶薄膜发挥其高效催化效果。本专利技术涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种D35-TiO2纳米晶薄膜的制备方法，通过对关键工艺的核心参数进行限定，显著提高了D35-TiO2纳米晶薄膜的制备成功率，并有效提成了其在光电催化降解中对BPA的降解效率。在D35-TiO2纳米晶薄膜材料中，D35的敏化作用拓宽了催化剂对可见光的吸收，使复合材料的光吸收扩展到并涵盖大部分可见光谱区域。D35-TiO2纳米晶薄膜具有更有效的光生电荷载流子分离效率，使D35-TiO2纳米晶薄膜显著增强了可见光驱动的BPA的光催化降解效率。D35-TiO2纳米晶薄膜在循环利用中表现出高稳定性且避免了光催化剂-溶液的分离难题，方便回收重复利用，为降解废水中的有机微污染物提供了绿色可持续发展的新思路。附图说明图1为本专利技术实施例1中D35-TiO2纳米晶薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种D35-TiO

【技术特征摘要】
1.一种D35-TiO2纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：在550℃的热台上，用喷雾热解法在预清洗的FTO玻璃基板上沉积形成致密的结晶TiO2空穴阻隔层；
步骤2：将胶状的TiO2纳米颗粒通过刮涂法加载到步骤1所述的致密的结晶TiO2空穴阻隔层上，循环操作三次，并在每个循环后在100℃的烘箱中干燥20分钟；
之后，将干燥后的样品置于马弗炉中于550℃下烧结60分钟，然后自然冷却至90℃，接着将样品浸入35mM的TiCl4水溶液中置于76℃烘箱中保持50分钟，然后用去离子水冲洗样品表面，再次重复上述烧结过程，自然冷却至70℃；
步骤3：将步骤2得到的所述介孔TiO2纳米晶薄膜浸入含有0.5mMD35染料的乙腈溶液中敏化10小时，之后，用无水乙醇冲洗样品并吹干，即得D35-TiO2纳米晶薄膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，喷雾前驱体溶液为含有0.15M钛酸丁酯和3M乙酰丙酮的异丙醇溶液。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，喷雾距离样品4厘米，单次喷雾时间为15秒，喷雾循环次数为20次，每个循环之间间隔60秒，得到厚度为200纳米的所述致密的结晶T...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，金鹏康，白雪，艾伟，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61