本发明专利技术提供了高活性碳－氯共掺杂二氧化钛可见光催化剂的低温非水溶胶凝胶方法，二氧化钛为锐钛矿或金红石结构。本方法包括以下步骤：将钛盐加入到醇类和碳氯化合物的有机溶剂中，整个混合物经过低温非水溶胶凝胶热处理后，抽滤得到固体产物进行洗涤和干燥，通过改变反应体系中醇类和碳氯化合物的体积比例，得到相应的不同晶型的碳氯共掺杂二氧化钛。反应所得到的锐钛矿和金红石碳氯共掺杂二氧化钛均具有很好的可见光催化活性，在可见光照射下，大约２小时内可实现对污染物的接近１００％降解。该方法合成路线简单，整个工艺过程容易控制，反应温度低，原料易得，成本低，产率高达９３％，适合于工业上大批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一个合成碳氯共掺杂锐钛矿或金红石二氧化钛可见光催化剂的低温非水溶胶凝胶法，得到的碳氯共掺杂锐钛矿或金红石二氧化钛具有很高的可见光催化活 性，在可见光照射下，2小时内可实现对污染物的接近100%降解。
技术介绍
光催化是二十世纪七十年代以后逐渐兴起的一个研究领域。1972年，日本东京 大学的Fujishima和Honda两位教授发现金红石TiO2单晶电极在氙灯照射下产生电动 势，电解水生成氢气，表明TiO2能够将光能转变为储存在氢气中的化学能。这一发现立刻掀起了半导体光催化研究的热潮，TiO2作为一种新型 的光催化材料受到了人们的广泛关注。众所周知，二氧化钛有三种常见晶型锐钛矿、板钛矿、金红石。在这三种晶型中， 金红石二氧化钛被认为是热力学最稳定相，通常需要经过高温煅烧得到。因为二氧化钛具 有无毒、稳定、价廉、反应活性高等优点，而被广泛应用于光催化降解环境中的有毒有机污 染物。但是二氧化钛的禁带宽度(锐钛矿为3. 2eV，金红石为3. OeV)比较宽，只能被太阳光 中的紫外光所激发，从而限制了二氧化钛光催化剂的有效应用。因此，为了有效利用占太阳 光谱43%的可见光，同时也提高二氧化钛的光催化活性，有很多研究小组都对此开展了相 关工作，通过改变二氧化钛晶体内部的电子结构从而使其光吸收边延伸至可见光区，进而 提高其光催化活性。目前，非金属掺杂二氧化钛，如氮，碳，硫，氟，氯，碘，以及磷等等，作为 一种可以将其光吸收边从紫光外区域延伸至可见光区域的有效途径而受到人们的广泛关 注。有很多研究报道对二氧化钛进行两种或多种元素共掺杂，由此产生的协同效应可 以大大提高二氧化钛的可见光催化活性。例如Valentin研究组曾对氮氟共掺杂二氧化钛 进行了详细的研究，研究发现通过共掺杂，可以有效减少掺杂所需要的反应能，同时二氧化 钛晶体内的晶格缺陷(如氧空穴)等也会因为共掺杂的协同效应而大大减少，这样光生电 子和空穴的复合几率下降，光催化活性提高。在以往的文献报道中，关于共掺杂二氧化钛的合成方法有 很多，但这些方法都需要在高温条件下煅烧或是需要很多反应步骤，不仅耗费了大量的能 量，而且工艺合成步骤的烦琐导致人力资源成本的提高。因此，寻找一种低温软化学方法来 合成高活性的共掺杂二氧化钛光催化剂是非常具有工业意义的。在以前的工作中，本申请 人报道了利用低温可控一锅法制备掺杂比例可调的大比表面积高效碳氯共掺杂锐钛矿二 氧化钛光催化剂，这是第一篇关于碳氯共掺杂锐钛矿二氧化钛光催化剂的报道，但是在该 工作中，掺杂元素含量的调控跟反应体系中加入的微量水的含量有很大关系，因此在反应 过程中需要非常精确的定量。而在本专利技术中，我们采用一种低温非水溶胶凝胶法来合成碳氯共掺杂二氧化钛可见光催化剂，通 过改变反应中醇类和碳氯化合物的体积比例，可以根据实际应用的需要，合成出锐钛矿或 金红石晶型的二氧化钛，该反应在低温下进行，不需要任何热处理后续步骤。并且反应所得 到的锐钛矿或金红石晶型的碳氯共掺杂二氧化钛光催化剂都具有很好的可见光催化活性， 在可见光照射下，大约2小时内可实现对目标污染物(罗丹明B)的100%降解。整个生产 工艺简单，容易操作，合成温度低，反应产率高达93%，工业放大因素小，为大规模生产可见 光催化剂提供了 一条行之有效的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种低温非水溶胶凝胶法合成高效碳氯共掺杂二氧化钛 (锐钛矿或金红石)可见光催化剂的制备方法，其方法是将钛盐溶解在醇类和碳氯化合物 的混合溶剂中，混合物经过低温非水溶胶凝胶热处理后即可得到相应的碳氯共掺杂的锐钛 矿或金红石晶型二氧化钛可见光催化剂。本专利技术为实现上述目的，采用的工艺步骤如下 步骤1 在醇类和碳氯化合物的混合溶剂中加入钛盐，醇类与碳氯化合物的体积 比为1 10 10 1，钛盐的量为0.01 1摩尔/升；步骤2 将混合液进行溶剂热处理，处理温度为100 220°C，时间为12 48小 时；步骤3 步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇淋洗，产物 在100°C下真空干燥6小时，即得到碳氯共掺杂锐钛矿二氧化钛或碳氯共掺杂金红石晶型二氧化钛。所述的钛盐为四氯化钛、钛酸异丙酯或钛酸四丁酯；所述的醇类为乙醇、正丁醇或 乙二醇，所述的碳氯化合物为一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷或氯乙烷。本专利技术的优点在于1、低温非水溶胶凝胶法合成了碳氯共掺杂锐钛矿或金红石型二氧化钛可见光催 化剂。2、合成的碳氯共掺杂二氧化钛可见光催化剂，无论是锐钛矿二氧化钛还是金红石 二氧化钛都具有很好的可见光催化活性，在可见光照射下，大约2小时内可实现对污染物 的接近100%降解。3、整个合成过程在低温条件下进行，工艺过程非常容易操作，工业放大因素小；并 且合成温度低，不需要任何热处理后续步骤，非常符合实际生产的需要。 附图说明以下图中的A为合成的锐钛矿二氧化钛，B为合成的金红石晶型二氧化钛。图1、为所制备碳氯共掺杂二氧化钛的XRD图谱图中图谱对应于锐钛矿二氧化钛(JCPDS No. 71-1169)和金红石晶型二氧化钛 (JCPDSNo. 76-1938)。图2为所制备碳氯共掺杂二氧化钛的TEM图从图中可以看出该锐钛矿二氧化钛㈧是由一些近似单分散的，尺寸在5个纳米 左右的颗粒组成。而图中金红石晶型二氧化钛(B)则是由一些直径为5-8纳米，长度在 20-30纳米之间的纳米棒组成。图3所制备碳氯共掺杂二氧化钛的XPS图谱Cls谱如图3所示，284. 8eV的峰对应于环境中的污染碳，而286. 4eV附近和288. 6eV的 峰分别对应于C-O和C = 0。 图4所制备碳氯共掺杂二氧化钛的XPS图谱C12p谱如图4所示，位于199. 5eV的峰对应于掺杂在二氧化钛晶格中的氯，而197. 9eV的 峰则对应于吸附在二氧化钛表面的氯。图5为所制备碳氯共掺杂二氧化钛的紫外漫反射光谱从图中可以看出，锐钛矿二氧化钛在整个可见光区都有很微弱的吸收，而金红石 晶型二氧化钛在380-800纳米范围内具有很强的光吸收。图6为可见光照射下所制备碳氯共掺杂二氧化钛对于罗丹明B的降解曲线。可以看出，本专利技术所制备的碳氯共搀杂二氧化钛，不论是锐钛矿晶型还是金红石 晶型，都具有很好的可见光降解活性，在可见光照射下，大约2小时内可实现对污染物的 100%降解。具体实施例方式实施例1碳氯共掺杂锐钛矿二氧化钛制备，制备步骤为步骤1 在乙醇和一氯甲烷的混合溶剂中加入钛酸异丙酯，其混合溶剂的体积为 15毫升，乙醇与一氯甲烷体积比为5 1，钛酸异丙酯的量为0.01摩尔/升；步骤2 将混合液进行溶剂热处理，处理温度为120°C，时间为12小时；步骤3 步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇先后分别 淋洗4次，产物在100°C下真空干燥6小时，即得到碳氯共掺杂锐钛矿二氧化钛。实施例2碳氯共掺杂锐钛矿二氧化钛制备，制备步骤为步骤1 在乙醇和一氯甲烷的混合溶剂中加入四氯化钛，其混合溶剂的体积为15 毫升，乙醇与一氯甲烷体积比为4 1，四氯化钛的量为0.01摩尔/升；步骤2 将混合液进行溶剂热处理，处理温度为100°C，时间为18小时；步骤3 步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇先后分别本文档来自技高网...
【技术保护点】
高效碳氯共掺杂二氧化钛可见光催化剂的制备方法，二氧化钛为锐钛矿或金红石结构，其特征在于，采用低温非水溶胶凝胶法，制备步骤依次为：步骤１：在醇类和碳氯化合物的混合溶剂中加入钛盐，钛盐的量为０．０１～１摩尔／升，混合溶剂中醇类与碳氯化合物的体积比为１∶１０～１０∶１；步骤２：将混合液进行溶剂热处理，处理温度为１００～２２０℃，时间为１２～４８小时；步骤３：步骤２结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇多次淋洗，产物在１００℃下真空干燥６小时，即得到碳氯共掺杂锐钛矿二氧化钛或碳氯共掺杂金红石晶型二氧化钛。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张礼知，许华，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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