一种TiO2-CeO2复合纳米材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种TiO2‑
CeO2复合纳米材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料领域，尤其涉及一种TiO2‑
CeO2复合纳米材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着社会生产力和科学技术的不断进步，人民生活水平的不断提高以及工业化进程的加快，环境问题日益严重，其中以水资源污染尤为突出。而水作为世界上最宝贵和最重要的自然资源，受到了各种污染物的威胁，其中以残留抗生素污染尤为突出。一般来说，中国的河流和湖泊含有高浓度的抗生素，而磺胺和喹诺酮类是中国湖泊地表水中的主要污染物。
[0003]目前，对于水中残留抗生素污染的治理方法多种多样，包括各种物理、化学和生物处理方法，如膜处理、反渗透；活性炭，氯化；已有好氧和厌氧方法来处理制药废水，这些处理方法的主要缺点是膜堵塞、碳再生、尺寸排除范围限制、处理问题(物理化学处理)、生物量积累、过程缓慢以及要求长启动期(生物处理)。由于抗生素降解性差，废水处理厂不适合处理这些污染物，因此需要开发替代的可持续处理方法。
[0004]研究发现，光催化具有降解水和废水中有机污染物的潜力。光催化降解法因其在常温常压下进行，且以空气中的溶解氧作为氧化剂，具有成本低廉等优点而被广泛采用。同时，在众多的水污染治理方案中，光催化降解有机物降解技术因其效率高、寿命长、经济绿色、维护简单、运行费用低等众多的优点而得到大力开发和广泛探索。然而某些半导体材料具有毒性或者易发生光腐烛等原因限制了其在实际生活中的应用，而二氧化钛(TiO2)半导体材料因其光催化活性高、光催化技术工艺简单、成本低廉、化学性质稳定、无毒、生物兼容性好以及有益于生态自然环境等优势在光催化降解有机污染物和光解水制氢等领域有着广阔的应用前景，是最具有开发前景的绿色环保光催化剂之一。但由于自身的各种因素限制，从而纳米TiO2光催化消解技术在实际应用方面受到了很大程度的局限。一方面，较高的电子
‑
空穴对复合率导致量子效率低，从而影响光降解效率。在紫外光照射下，半导体TiO2光催化剂被激发后被分离产生光生电子
‑
空穴对，其中大部分快速的重新复合会发生在迁移至TiO2催化剂表面前，而在吸收的光生载流子复合过程中的能量将以热量和荧光释放。只有4％常规TiO2的量子效率，最高不超过10％，从而降低了催化剂的反应活性，这在很大程度上限制了在生产和生活中的应用，使它与传统的环境技术经济竞争困难。另一方面，TiO2较窄的的禁带宽度为(3.2eV)使其光响应范围较为局限，使其只能利用波长等于或小于387nm的紫外光，这在太阳光谱中所含紫外光的范围仅占3
‑
5％，占据太阳光谱大部分能量的可见光不能得到有效利用，从而导致太阳能利用率低，使得其催化活性较低，这些都限制了TiO2作为光催化剂的广泛应用。为此，非常需要开发在占太阳光45％的可见光照射下工作的光催化剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种球型、粒径小，并且具有光催化降解抗生素作用的TiO2‑
CeO2复合纳米材料。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：向纳米TiO2水分散液中加入氨水溶液，分散均匀，加入Ce盐，于95℃下搅拌4
‑
4.5h，得到TiO2‑
CeO2复合纳米材料。
[0008]本专利技术通过将TiO2水分散液与氨水混合，使TiO2形成胶体沉淀，能够更好地与Ce盐反应，一步制备得到TiO2‑
CeO2复合纳米材料，合成条件温和，原材料安全，绿色环保。
[0009]本专利技术制备方法中的搅拌时间对复合纳米材料能否成功制备、形貌起到关键性作用：当搅拌时间＜4h时，纳米TiO2与Ce(NO3)3·
6H2O反应不完全，无法得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料；当搅拌时间＞4.5h时，制备得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径分布不均匀、不稳定并且易团聚。
[0010]本专利技术创新地采用新型绿色经济且高效的合成方法将Ce元素掺杂至TiO2来实现对TiO2的表面改性，使其形成的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径更小、比表面积更大，并且能够光催化降解抗生素。
[0011]作为本专利技术所述TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法的优选实施方式，所述氨水溶液中氨水的浓度为23
‑
34mM，所述氨水的体积为8
‑
12ml。
[0012]在优选配比范围下，本专利技术制备方法制备得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料分布均匀、稳定且不易团聚。当氨水溶液浓度＞34mM、体积＞12ml时，制备得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径分布不均匀，易发生团聚现象；当氨水溶液浓度＜23mM、体积＜8ml时，当制备得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料在UV
‑
Vis中无特征吸收峰，即未成功制得TiO2‑
CeO2复合纳米材料。
[0013]作为本专利技术所述TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法的优选实施方式，所述氨水溶液中氨水的浓度为25
‑
29mM，所述氨水的体积为9
‑
11ml。在此配比范围下，制备得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径分布更均匀、稳定且不易团聚。
[0014]作为本专利技术所述TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法的优选实施方式，所述氨水溶液中氨水的浓度为27mM，所述氨水的体积为10.1ml。在此配比范围下，制备得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径分布最均匀、稳定且不易团聚。
[0015]作为本专利技术所述TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法的优选实施方式，所述纳米Ti O2中Ti元素与Ce盐中Ce元素的摩尔比为Ti：Ce＝(3.375
‑
4.125):(0.029
‑
0.036)。
[0016]本专利技术通过对Ti和Ce的元素配比进行优化，得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径更小，比表面积更大。
[0017]作为本专利技术所述TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法的优选实施方式，所述纳米Ti O2中Ti元素与Ce盐中Ce元素的摩尔比为Ti：Ce＝(3.6
‑
3.9):(0.031
‑
0.033)。在此优选配比范围下，得到的TiO2‑
CeO2复合纳米材料粒径更小，比表面积更大。
[0018]作为本专利技术所述TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法的优选实施方式，所述纳米Ti O2中Ti元素与Ce盐中Ce元素的摩尔比为Ti：Ce＝3.75:0.032。在此优选配比范围下，得到的TiO2‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向纳米TiO2水分散液中加入氨水溶液，分散均匀，加入Ce盐，于95℃下搅拌4
‑
4.5h，得到TiO2‑
CeO2复合纳米材料。2.如权利要求1所述的TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述氨水溶液中氨水的浓度为23
‑
34mM，所述氨水的体积为8
‑
12ml。3.如权利要求2所述的TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述氨水溶液中氨水的浓度为25
‑
29mM，所述氨水的体积为9
‑
11ml。4.如权利要求1所述的TiO2‑
CeO2复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述纳米TiO2中Ti元素与Ce盐中Ce元素的摩尔比为Ti：Ce＝(3.375
‑
4.125):(0.029
‑
0.036)。5.如权利要求4所述的TiO2‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾牡玲，居世杰，郭东东，张旭，刘兴菲，卡萨尔斯梅卡达尔埃乌达尔，
申请(专利权)人：侨欧江门新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：