一种制造技术

本发明专利技术提供的

【技术实现步骤摘要】
一种Au
‑
N共掺杂TiO2纳米管的制备方法及光电催化净水系统


[0001]本专利技术涉及
TiO2光电催化
，具体而言，涉及一种
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法及光电催化净水系统
。

技术介绍

[0002]针对
TiO2纳米管光利用率不高的问题，专利技术人前期在非金属元素掺杂中筛选出
N
掺杂进行了系统研究，采用远程等离子体表面改性法对
TiO2纳米管进行了掺氮改性，制备出
N
‑
TiO2纳米管，研究结果表明在最优掺氮条件
(
掺氮功率
10W
，掺氮时间
90s)
下纳米管有较好的降解性能
。
本申请针对
TiO2纳米管光量子效率和光利用率较低的问题，重点研究
Au
掺杂的最优条件和
Au、N
共掺杂的协同效应，利用光沉积法进行掺金，制备出
Au
‑
N
‑
TiO2纳米管，进一步增强
TiO2的光电催化性能
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的包括，例如，提供一种
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法及光电催化净水系统，其能够增强
TiO2的光电催化性能，改善现有技术中存在的
TiO2纳米管光量子效率和光利用率较低的问题
。
[0004]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法，包括：
[0006]前处理步骤：将预设规格的钛片进行前处理；
[0007]电解液制备步骤：配置
H3PO4溶液和
NH4F
溶液，并混合所述
H3PO4溶液和所述
NH4F
溶液；
[0008]阳极氧化步骤：以经所述前处理步骤后的钛片为阳极
、
石墨为阴极
、
所述电解液制备步骤制备的混合液为电解液，对所述钛片进行电解氧化；将电解氧化后的所述钛片清洗
、
干燥，得到
TiO2电极；
[0009]Au
‑
TiO2电极制备步骤：将所述阳极氧化步骤制得的所述
TiO2电极浸没在不同浓度的
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液中；用高压汞灯垂直照射预设时间，所述预设时间与所述
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液的浓度正相关；之后，进行冲洗
、
干燥，得到
Au
‑
TiO2电极；
[0010]Au
‑
TiO2电极掺氮改性步骤：采用等离子体反应系统对所述掺金
TiO2电极制备步骤制备的
Au
‑
TiO2电极进行掺氮改性，得到
Au
‑
N
‑
TiO2电极；将所述
Au
‑
N
‑
TiO2电极煅烧，得到
Au
‑
N
‑
TiO2纳米管电极
。
[0011]进一步地，在可选的实施例中，所述前处理步骤包括：
[0012]将预设规格的钛片依次放入丙酮溶液
、
无水乙醇溶液和蒸馏水，并均通过超声波清洗器进行超声处理；
[0013]将清洗后的钛片放入氢氟酸
、
硝酸和蒸馏水的混合液体中酸洗；
[0014]将酸洗后的钛片用蒸馏水反复清洗，再烘干
。
[0015]进一步地，在可选的实施例中，所述无水乙醇溶液的质量分数为
99.7
％
。
[0016]进一步地，在可选的实施例中，所述氢氟酸
、
硝酸和蒸馏水的混合液体中，氢氟酸
、
硝酸和蒸馏水的体积比为
1:4:5。
[0017]进一步地，在可选的实施例中，在所述将预设规格的钛片依次放入丙酮溶液
、
无水乙醇溶液和蒸馏水，并均通过超声波清洗器进行超声处理的步骤中，所述超声波清洗器的工作条件为
45℃
和
80W
，且所述超声波清洗器的工作时间为
60
分钟
。
[0018]进一步地，在可选的实施例中，在所述电解液制备步骤中，配置
1mol/L
的
H3PO4溶液和
1mol/L
的
NH4F
溶液
。
[0019]进一步地，在可选的实施例中，在所述
Au
‑
TiO2电极制备步骤中，不同浓度的所述
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液的浓度分别为
0.02mM、0.2mM、2.0mM
的
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液
。
[0020]进一步地，在可选的实施例中，所述
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液的浓度分别为
0.02mM、0.2mM、2.0mM
，所述高压汞灯垂直照射的时间对应为
0.5h、1h、2h。
[0021]进一步地，在可选的实施例中，在所述
Au
‑
TiO2电极掺氮改性步骤中，掺氮改性的功率为
10W、
时间为
90s
；所述
Au
‑
N
‑
TiO2电极放入
450℃
的箱式电阻炉中煅烧
2h
，得到
Au
‑
N
‑
TiO2纳米管电极
。
[0022]第二方面，本专利技术实施例提供一种光电催化净水系统，包括
Au
‑
N
共掺杂
TiO2
纳米管，所述
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管由前述任一项的制备方法进行制备
。
[0023]本专利技术提供的
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法以及光电催化净水系统具有以下有益效果：
[0024]从目前的研究中得出仅通过单一元素的掺杂很难将
TiO2的量子效率和可见光响应同时提高的结论，而采用金属和非金属共掺杂可以利用元素间的协同作用同时提高这两方面的性能
。
有可见光响应的金属离子有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，包括：前处理步骤：将预设规格的钛片进行前处理；电解液制备步骤：配置
H3PO4溶液和
NH4F
溶液，并混合所述
H3PO4溶液和所述
NH4F
溶液；阳极氧化步骤：以经所述前处理步骤后的钛片为阳极
、
石墨为阴极
、
所述电解液制备步骤制备的混合液为电解液，对所述钛片进行电解氧化；将电解氧化后的所述钛片清洗
、
干燥，得到
TiO2电极；
Au
‑
TiO2电极制备步骤：将所述阳极氧化步骤制得的所述
TiO2电极浸没在不同浓度的
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液中；用高压汞灯垂直照射预设时间，所述预设时间与所述
AuCl3·
HCl
·
4H2O
溶液的浓度正相关；之后，进行冲洗
、
干燥，得到
Au
‑
TiO2电极；
Au
‑
TiO2电极掺氮改性步骤：采用等离子体反应系统对所述掺金
TiO2电极制备步骤制备的
Au
‑
TiO2电极进行掺氮改性，得到
Au
‑
N
‑
TiO2电极；将所述
Au
‑
N
‑
TiO2电极煅烧，得到
Au
‑
N
‑
TiO2纳米管电极
。2.
根据权利要求1所述的
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，所述前处理步骤包括：将预设规格的钛片依次放入丙酮溶液
、
无水乙醇溶液和蒸馏水，并均通过超声波清洗器进行超声处理；将清洗后的钛片放入氢氟酸
、
硝酸和蒸馏水的混合液体中酸洗；将酸洗后的钛片用蒸馏水反复清洗，再烘干
。3.
根据权利要求2所述的
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇溶液的质量分数为
99.7
％
。4.
根据权利要求2所述的
Au
‑
N
共掺杂
TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸
、
硝酸和蒸馏水的混合液体中，氢氟酸
、
硝酸和蒸馏水的体积比为
1:4:5。5.
根据权利要求2所述的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏超，李伟，陈洋洋，王哲，江振宇，刘成国，
申请(专利权)人：中化学城市投资有限公司，
类型：发明
国别省市：