光热协同催化材料的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
光热协同催化材料的合成方法


[0001]本专利技术属于无机金属氧化物领域，特别涉及一种纳米TiO2‑
CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法，该合成方法通过低温光化学过程可以得到原位复合的TiO2‑
CeO2复合溶胶。

技术介绍

[0002]VOCs是空气污染的一大污染源。长期暴露在含有较高浓度VOCs污染的气体中可引起各种健康问题，甚至引起癌症、畸形和突变。传统的热催化氧化技术能耗高，光催化净化技术效率低。光催化复合热催化的光热协同催化净化VOCs技术近些年来受到广泛关注，相比单一的光催化或热催化技术，光热协同催化不仅能同时利用光能和热能进行催化反应，还可通过产生的协同效应增强反应效率。
[0003]TiO2具有良好的光催化性能，CeO2具有良好的热催化活性，TiO2‑
CeO2复合材料的界面存在光催化剂TiO2和热催化剂CeO2之间的协同作用，这种界面的强相互作用使得TiO2‑
CeO2光热协同催化效果较单一的TiO2光催化有了极大的提高。TiO2‑
CeO2复合材料形成良好的光热协同催化，同时利用光、热催化降解VOCs。
[0004]传统的制备TiO2‑
CeO2复合纳米颗粒的方法有很多，包括固相法、反应沉积法、微乳液法等，但是大部分制备方法仍存在过程复杂、环境污染严重、形貌不均一、尺寸不统一等缺点。例如专利CN108927135A中使用的方法是钛盐和铈盐水解后进行水热反应，最后在400℃～800℃高温煅烧，反应条件要求较高。因此，开发一种新的低温合成方法具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的方法采用酸化过氧化与低温光化学复合的合成方法，使材料前驱体先形成过氧化配合物，可精确控制分子、原子的不同比例复合，然后在常压低温(≤100℃)下通过光辐射的方式使Ti原子和Ce原子的过氧键同时分解可以得到形貌、性质可控的复合纳米溶胶材料。本专利技术的合成方法解决了形貌和成分均匀性的控制的问题，具有制备工艺简单、成本低廉、快速、节能、效率高的优点，所制得的复合材料有望在光解水制氢、降解有机污染物、电化学储能、环境能源催化、电池材料等领域获得应用。
[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种简单易控，效果良好，纳米TiO2‑
CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术的TiO2‑
CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法包括以下步骤：
[0008](1)酸解
[0009]用重量百分比浓度为80wt％以上的浓硫酸加热溶解钛铁矿，所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:6，反应激烈迅速并在5～30min内完成，反应温度控制为180至300℃，得到的固相沉积物用5～10倍体积的水浸取得到钛液；
[0010](2)钛液净化
[0011]将步骤(1)的钛液进行过滤除去不溶性矿渣，冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液；
[0012](3)沉淀除杂
[0013]将步骤2)中的所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce
3+
的摩尔浓度为0.4mol/L～0.5mol/L，控制Ti与Ce的摩尔比在0.1:1～10:1，得到混合溶液；
[0014]将1.5mol/L的碱液缓慢加入到混合溶液中，中和至pH值为5～11形成沉淀，过滤并洗涤沉淀，去除其中的硫酸根离子和碱，以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成，得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀；
[0015](4)过氧化络合
[0016]搅拌条件下将步骤3)中得到的原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀加入质量百分浓度为10wt％至60wt％的过氧化氢溶液，继续搅拌直至得到澄清溶液，控制H2O2与Ti的分子摩尔比在1:1至25:1，得到钛
‑
铈过氧化物配合物溶液；
[0017](5)低温光化学晶化
[0018]向步骤4)中得到的钛
‑
铈过配合物氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe
2+
的摩尔浓度为0.001至10mol/l，在365nm汞灯照射下反应60min，365nm紫外光强为0.1mW/cm2～500mW/cm2，得到纳米TiO2‑
CeO2复合溶胶，其中的Fe
2+
的转变为Fe2O3，通过过滤除去。
[0019]优选地，步骤1)中，所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:4，更优选为1:1至1:3，最优选为1:2。
[0020]优选地，步骤1)中，所述钛铁矿的成分组成中TiO2含量为50.0％至52.6％之间。
[0021]优选地，步骤1)中，所述固相沉积物用6～8倍体积的水浸取得到钛液，更优选为7.5倍体积的水。
[0022]优选地，步骤3)中，控制Ti与Ce的摩尔比在0.5～10，更优选为摩尔比为1～5；
[0023]优选地，步骤3)中所述的碱液可采用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等碱性物质中的至少一种的水溶液；
[0024]优选地，步骤3)中向混合溶液中加入碱液中和至pH值为6～8，更优选的pH值为6.5～7.5；
[0025]优选地，步骤4)中，所述的过氧化氢溶液质量百分浓度为20wt％至40wt％，更优选的为30wt％；所述的H2O2与Ti的分子摩尔比为2:1至18:1，更优选为8:1至15:1。
[0026]优选地，步骤5)中，向步骤4)中得到的钛
‑
铈过氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe
2+
的摩尔浓度为0.001至1mol/l，更优选为0.01mol/L至0.1mol/L，最优选为0.05mol/L。
[0027]优选地，步骤5)中，所述光照强度为1～100mW/cm2，更优选为10mW/cm2至50mW/cm2，最优选为25mW/cm2。
[0028]优选地，根据本专利技术的所述合成方法如下进行：
[0029]1)将质量百分比浓度为85wt％的浓硫酸加热溶解钛铁矿，其中钛铁矿与硫酸的质量比为1:2，得到的固相沉积物用7.5倍体积的水浸取得到钛液，然后过滤除去不溶性矿渣；
[0030]2)将步骤1)中的钛液冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液；
[0031]3)向步骤2)中所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce
3+
的摩尔浓度为0.5mol/L，控制Ti与Ce的摩尔比在5:1，得到混合溶液；
[0032]向混合溶液中加入1.5mol/L的氨水中和至pH值为6.5～7.5，过滤洗涤，去除硫酸
根离子和碱，以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成，得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀；
[0033]4)搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米TiO2‑
CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法，包括以下步骤：(1)酸解用重量百分比浓度为80wt％以上的浓硫酸加热溶解钛铁矿，所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:6，反应激烈迅速并在5～30min内完成，反应温度控制为180至300℃，得到的固相沉积物用5～10倍体积的水浸取得到钛液；(2)钛液净化将步骤(1)的钛液进行过滤除去不溶性矿渣，冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液；(3)沉淀除杂将步骤2)中的所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce
3+
的摩尔浓度为0.4mol/L～0.5mol/L，控制Ti与Ce的摩尔比在0.1:1～10:1，得到混合溶液；将1.5mol/L的碱液缓慢加入到混合溶液中，中和至pH值为5～11形成沉淀，过滤并洗涤沉淀，去除其中的硫酸根离子和碱，以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成，得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀；(4)过氧化络合搅拌条件下将步骤3)中得到的原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀加入质量百分浓度为10wt％至60wt％的过氧化氢溶液，继续搅拌直至得到澄清溶液，控制H2O2与Ti的分子摩尔比在1:1至25:1，得到钛
‑
铈过氧化物配合物溶液；(5)低温光化学晶化向步骤4)中得到的钛
‑
铈过配合物氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe
2+
的摩尔浓度为0.001至10mol/l，在365nm汞灯照射下反应60min，365nm紫外光强为0.1mW/cm2～500mW/cm2，得到纳米TiO2‑
CeO2复合溶胶，其中的Fe
2+
的转变为Fe2O3，通过过滤除去。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤1)中，所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:4，更优选为1:1至1:3，最优选为1:2；优选地，步骤1)中，所述钛铁矿的成分组成中TiO2含量为50.0％至52.6％之间。优选地，步骤1)中，所述固相沉积物用6～8倍体积的水浸取得到钛液，更优选为7.5倍体积的水。3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤3)中，控制Ti与Ce的摩尔比在0.5～10，更优选为摩尔比为1～5；优选地，步骤3)中所述的碱液可采用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等碱性物质中的至少一种的水溶液；优选地，步骤3)中向混合溶液中加入碱液中和至pH值为6～8，更优选的pH...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁锐，吴良专，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：