一种高光催化活性Cu掺杂CaTi2O5纳米材料的制备方法及其制得的产品技术

技术编号：40466123 阅读：4 留言：0更新日期：2024-02-22 23:20

本发明专利技术公开了一种高光催化活性Cu掺杂CaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;纳米材料的制备方法及其制得的产品，采用简易一步溶剂热法在无模板或无表面活性剂条件下将Cu掺杂到CaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;，实现了CaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;化学结构的变化和表面修饰，从而有效提高了CaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;的光响应范围，改善了CaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;在太阳光下的光催化活性，具有广阔的市场空间。本发明专利技术工艺方法简单、成本低，对于亚稳相CaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;光催化的研究、应用和发展具有重要的价值和意义。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化，尤其涉及一种在太阳光下具有高光催化活性的cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法及其制得的产品。

技术介绍

1、随着经济的快速发展，环境问题越来越突出，特别是水资源及其污染问题越来越严重，如何解决此问题已引起了全世界的关注。然而传统处理水的方法效率很低，并且存在二次污染的问题。光催化技术为解决这些问题提供了一种绿色环保的途径，但是光催化剂的制备工艺比较复杂，存在生产成本比较高和回收难等问题。因此，寻找一些新型高效并且制备工艺简单的光催化剂材料对于水污染治理和环境保护均具有重要的实际价值。

2、研究表明，亚稳相cati2o5具有明显的光催化效果，cati2o5纳米结构在紫外灯光照射下降解罗丹明染料具有优越于p25的光催化性能。然而，尽管cati2o5具有良好的催化效果，但其仅在紫外光370nm有较强的吸收边，进一步说明其对可见光利用率较低，从而影响和限制了其光催化性能。为拓展其光利用范围，现有技术采用对其改性处理的方法，如通过c、ag掺杂或c3n4复合以拓宽可见光的利用范围，但存在其成本较高或工艺复杂等问题。铜离子是一种优秀且广泛使用的掺杂元素，且由于其禁带宽度小，对可见光有较高的响应能力；而且掺杂cu2+与掺杂ag+相比，铜化合物价格成本低，并且铜的来源比较广泛。目前尚未见到采用cu掺杂cati2o5的相关报道。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高光催化活性cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法，采用简易一步溶剂

2、本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：

3、本专利技术提供的一种高光催化活性cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)按照摩尔比钛的化合物∶有机溶剂＝1∶5～10，将钛的化合物溶解于有机溶剂中，搅拌至均匀，得到溶液a；

5、(2)按照摩尔比钙的化合物∶ph为1～2的加入硝酸的蒸馏水∶有机溶剂＝1∶100～500∶5～15，将钙的化合物溶解于加入硝酸的蒸馏水中，然后加入有机溶剂混合，搅拌至均匀，得到溶液b；

6、(3)按照摩尔比溶液a∶溶液b＝1∶1，在搅拌状态下将溶液b加入溶液a中，然后加入浓度为1～2mol/l的铜化合物溶液混合，得到混合溶液；所述铜化合物溶液的加入量为钙的化合物的2～10mol％；

7、(4)在所述混合溶液中加入碱溶液调节体系ph值为6～7，搅拌后得到反应溶液；然后将所述反应溶液置于水热釜中，在160～200℃温度下保温3～36h，反应产物经过滤、洗涤，获得cu掺杂cati2o5纳米粉体材料。

8、上述方案中，本专利技术所述钛的化合物为钛酸丁酯、氯化钛或钛酸异丙酯；所述钙的化合物为五水氯化钙、二水氯化钙或九水硝酸钙；所述铜化合物为硝酸铜或硫酸铜。所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、四氢呋喃中的一种或其组合。所述步骤(4)中搅拌时间为15～25min。

9、利用上述高光催化活性cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法制得的产品，由平均尺寸为17～20nm的纳米颗粒聚集而形成类球状微纳结构。

10、本专利技术具有以下有益效果：

11、(1)本专利技术通过控制蒸馏水呈现强酸性，使钛的化合物水解程度减弱，更有利于形成分子级尺寸的ti4+，通过引入1m naoh使其产生微量的oh-，减缓了ca2+、ti4+和oh-反应速率，从而获得平均尺寸为17～20nm的cati2o5纳米颗粒。利用cu离子掺杂，使其固溶到cati2o5晶格，改变了cati2o5的光学性质，从而有效提高了cati2o5的光响应范围，改善和提高了cati2o5在太阳光下的光催化活性，cu掺杂cati2o5在可见光下降解罗丹明b的效率达到了99～99.6％。

12、(2)本专利技术通过一步水热法制备了cu掺杂cati2o5纳米粉体，克服了现有技术制备方法复杂和成本高等问题。本专利技术所制备的纳米粉体可以在可见光下降解染料，不仅具有实际的应用价值，而且与现有技术光催化剂相比，具有比表面积大、光催化活性高和制备成本低等优点。本专利技术工艺方法简单、成本低，对于亚稳相cati2o5光催化的研究、应用和发展具有重要的价值和意义。

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【技术保护点】

1.一种高光催化活性Cu掺杂CaTi2O5纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高光催化活性Cu掺杂CaTi2O5纳米材料的制备方法，其特征在于：所述钛的化合物为钛酸丁酯、氯化钛或钛酸异丙酯；所述钙的化合物为五水氯化钙、二水氯化钙或九水硝酸钙；所述铜化合物为硝酸铜或硫酸铜。

3.根据权利要求1所述的高光催化活性Cu掺杂CaTi2O5纳米材料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、四氢呋喃中的一种或其组合。

4.根据权利要求1所述的高光催化活性Cu掺杂CaTi2O5纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中搅拌时间为15～25min。

5.利用权利要求1-4之一所述高光催化活性Cu掺杂CaTi2O5纳米材料的制备方法制得的产品。

6.根据权利要求5所述的产品，其特征在于：所述Cu掺杂CaTi2O5纳米材料由平均尺寸为17～20nm的纳米颗粒聚集而形成类球状微纳结构。

【技术特征摘要】

1.一种高光催化活性cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高光催化活性cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法，其特征在于：所述钛的化合物为钛酸丁酯、氯化钛或钛酸异丙酯；所述钙的化合物为五水氯化钙、二水氯化钙或九水硝酸钙；所述铜化合物为硝酸铜或硫酸铜。

3.根据权利要求1所述的高光催化活性cu掺杂cati2o5纳米材料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟霞，刘煜新，包启富，李萍，程智鹏，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：

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