高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及应用技术

高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，通过采用有机醇钛为钛源，采用纳米金属粉为金属源，采用DMSO作为反应溶剂，通入H2S作为辅助剂，经搅拌反应，完成二氧化钛光催化剂的初步成型，在含2～3v％H2S的氩气中淬火3次以上，制备出高掺杂量的金属、硫共掺杂二氧化钛光催化剂，相比于已知光催化效果最好的二氧化钛光催化剂，金属、非金属掺杂量明显提高；相比于已知光催化效果最好的金属掺杂量最高的二氧化钛光催化剂，金属掺杂量明显提高；相比于已知光催化效果最好的非金属掺杂量最高的二氧化钛光催化剂，非金属掺杂量明显提高，具有较好的可见光活化催化能力、杀菌和灭活病毒效果，可以应用于杀灭病菌、灭活病毒、降解有机污染物。降解有机污染物。降解有机污染物。

【技术实现步骤摘要】
高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及新材料和环保领域，特别涉及高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]二氧化钛是惰性无毒的物质，中国、美国、欧盟、日本等国家和地区的药食管理部门都批准它作为食品添加剂；二氧化钛制成的光催化剂，可以利用太阳光源来活化空气中的氧气和水，产生足够量的氢氧根自由基，起到消毒杀菌、降解挥发性有机物等作用，对改善人们生活、保护人体健康意义重大。
[0003]由于纯的二氧化钛只能用紫外光子激活，而紫外光只占太阳光总能量的不到5％，通过对二氧化钛晶体的掺杂、将二氧化钛的光激发波长推移到可见光区，以提高二氧化钛的光催化能力成为了目前非常热门的研究方向之一。
[0004]已经被报道的掺杂方法，有金属掺杂、非金属掺杂、金属与非金属共掺杂(包括半导体掺杂)等；然而，除了本身就具备杀菌作用的金、银纳米颗粒外，其它金属的最佳有效掺杂量都无法超过2％，包括三价钛、铜、钒、铬、锰、铁、镍、铈、镧、铒、镱、硫化镉、硫化钼、硫化镍、氧化亚铜、氧化铁、氧化钨、钙钛矿、氮
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铁、氮
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钴等；掺杂掺入的金属中心，其正面作用是降低二氧化钛的能带和减少电子
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空穴的再聚合，增加二氧化钛被可见光激活的比率；但是，二氧化钛中的其它金属中心又是光催化产生的电荷载体的湮灭中心，因此，在已经被报道的合成技术路线中，金属中心的含量达到一定浓度时，二氧化钛作为光催化剂的整体催化能力反而降低；迄今为止，本领域的研究人员认为，以摩尔分数计，最佳光催化效果的金属掺杂量是3％，例如，铜掺杂二氧化钛，3％浓度时杀菌效果最强，但是，3.3％铜掺杂量的光催化剂的活力半衰期是3％铜掺杂量的11倍。
[0005]而非金属掺杂，如石墨烯、碳纳米管、氮、硼、磷、氟、硫、等，它们被掺杂进入二氧化钛中的正面作用也是降低二氧化钛的能带和减少电子
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空穴的再聚合，而非金属掺杂中心的反面作用，一是因为产生新导体带和/或新价键能级，掺杂后的二氧化钛光催化剂的氧化还原电位降低，这不仅导致其催化活性降低、同时导致二氧化钛的晶型从锐钛矿转化为金红石，而金红石晶型的二氧化钛的光催化能力很小；故而，迄今为止，最佳的非金属掺杂量只达到2.5％。
[0006]不包括金和银这两种金属，3％的金属掺杂量和2.5％的非金属掺杂量，是本领域迄今为止能够得到的最高掺杂量；如果是金属
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非金属共掺杂，相应的掺杂量还低；例如铁
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氮共掺杂，以摩尔分数计，最佳的掺杂量是2.5％的氮和1.5％的铁；对比其它非金属，硫掺杂的二氧化钛光催化剂被发现拥有最好的热稳定性、和非常大的可见光活化催化能力(参阅文献J.Phys.Chem.C.2008年，112期，7644
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7652页)，已知催化效果最好的铁
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硫共掺杂二氧化钛光催化剂，掺杂量是1.5％的铁和0.7％硫(参阅文献Applied Catalysis B:Environmental,2012年，117
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118期，310
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316页)；这些已知合成方法得到的最佳掺杂量，对
于二氧化钛可见光催化剂的产业化应用，还是太低；需要专利技术出能够制备更高掺杂量的二氧化钛光催化剂的制备新技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及应用，以解决二氧化钛光催化剂的金属、非金属掺杂量低，可见光活化催化能力、杀菌和灭活病毒效果较差等问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用如下方案：
[0009]高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，通过采用有机醇钛为钛源，采用纳米金属粉为金属源，采用DMSO作为反应溶剂，通入H2S作为辅助剂，经搅拌反应，完成二氧化钛光催化剂的初步成型，再将初步成型的二氧化钛光催化剂在含2～3v％H2S的氩气中淬火3次以上，得到高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂。
[0010]优选为，所述纳米金属粉包括纳米铁粉、纳米镍粉。
[0011]优选为，所述纳米金属粉的粒径为35～45nm。
[0012]优选为，所述有机醇钛包括丁醇钛C
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H
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O4Ti。
[0013]优选为，所述得到的高掺杂量的金属、硫共掺杂二氧化钛光催化剂中，以摩尔分数计，金属的掺杂量为0.2～6.3％，硫的掺杂量为4.5～5.0％。
[0014]优选为，以摩尔分数计，所述金属的掺杂量为5％，所述硫的掺杂量为4.5％。
[0015]优选为，包括以下步骤：
[0016](1)在氮气保护下，在1000mlDMSO中，加入102g的丁醇钛C
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O4Ti和48～1515mg纳米金属粉；搅拌90min以上，转入到铁氟龙高压釜中，通入2g以上H2S，密封，在180～220℃下，搅拌反应20h以上；
[0017](2)将步骤(1)得到的混合物冷却到室温后，离心分离得到固体产物；
[0018](3)将步骤(2)得到的固体产物分别用蒸馏水和乙醇洗涤后放在含2～3v％H2S的氩气中，加热到100～110℃，冷却到室温，重复3次以上，得到高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂。
[0019]高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂在杀灭病菌、灭活病毒、降解有机污染物方面的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术制备高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂，相比于已知的光催化效果最好的二氧化钛光催化剂，金属、非金属掺杂量明显提高,光催化效果明显提高；相比于已知的光催化效果最好的金属掺杂量最高的金属掺杂的二氧化钛光催化剂，金属掺杂量明显提高；相比于已知的光催化效果最好的非金属掺杂量最高的非金属掺杂的二氧化钛光催化剂，非金属掺杂量明显提高，具有非常好的热稳定性和非常大的可见光活化催化能力，具有非常好的杀菌和灭活病毒效果，可以应用于杀灭病菌、灭活病毒、降解有机污染物。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及应用的甲基橙降解实验的实验装置示意图。
[0023]图2为本专利技术的高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及应用的实施例4的甲基橙降解效果对比实验折线图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0025]实施例1
[0026]Fe、S掺杂的二氧化钛光催化剂的合成：
[0027]氮气保护下，在1000ml的DMSO中，加入102g丁醇钛C
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O4Ti，48～1440mg的纳米铁粉，所述铁粉的粒径为35nm；不断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，通过采用有机醇钛为钛源，采用纳米金属粉为金属源，采用DMSO作为反应溶剂，通入H2S作为辅助剂，经搅拌反应，完成二氧化钛光催化剂的初步成型，再将初步成型的二氧化钛光催化剂在含2～3v％H2S的氩气中淬火3次以上，得到高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂。2.根据权利要求1所述的高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述纳米金属粉包括纳米铁粉、纳米镍粉。3.根据权利要求1所述的高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述纳米金属粉的粒径为35～45nm。4.根据权利要求1所述的高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机醇钛包括丁醇钛C
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O4Ti。5.根据权利要求1所述的高掺杂量的金属、硫共掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，所述得到的高掺杂量的金属、硫共掺杂二氧化钛光催化剂中，以摩尔分数计，金属的掺杂量为0.2～6.3％，硫的掺杂量为4.5～5.0％。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振之，朱作霖，刘珂，王文海，
申请(专利权)人：杭州相南环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：