本发明专利技术涉及二氧化钛光催化领域，具体地说涉及一种膜负载型共掺杂二氧化钛光催化领域。本发明专利技术提供了一种柔性载体（ＬＤＰＥ膜）负载型铁、氮共掺杂ＴｉＯ２催化剂的制备方法。该催化剂由活性组分和载体组成，其特征在于：该负载型催化剂以铁、氮共掺杂的二氧化钛为活性组分负载载在低密度聚乙烯膜载体上。所述的光催化剂的制备方法为溶胶－凝胶法，催化剂的负载方法为浸渍沉淀－热处理法。在可见光照射下具有良好的光催化氧化性，并且制备工艺简单，可反复多次使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米二氧化钛光催化领域，特别涉及铁、氮共掺杂纳米二氧化钛粉末制备及其低密度聚乙烯(LDPE)膜负载
该方法制备出的催化剂特别适用于可见光照射下催化降解二苯胺，达到较高的降解率。
技术介绍
纳米二氧化钛具有高比表面积、高密度、表面晶格缺陷以及高比表面能等特点，具有化学性质稳定、无毒、催化活性高、反应速度快、对有机物的降解选择性低且能使之彻底矿化、无二次污染等优点，有着广泛的应用前景。当能量大于Ti(^禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子，同时，在价带留下空穴，由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获，空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合，空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的0H—或H20发生作用生成高活性自由基，能够无选择地氧化各种有机物并使之矿化。 由于纳米Ti02(锐钛矿)是半导体型光催化材料，它的禁带宽度为3. 2eV，使得只有波长等于或小387. 5nm的紫外光才能使之激发显示催化活性，而太阳光中紫外光仅占约4%，因此对太阳光的利用率很低，若能将其吸收阈值拓宽到可见光区，对于纳米1102在光催化降解有机污染物领域中的应用将具有十分重要的意义。因此如何高效地利用自然光进行光催化反应，开发能够被可见光激发的高效率的光催化剂正日益引起人们的兴趣，而要实现这一 目标，对Ti02进行掺杂改性是普遍采用的方法。根据掺杂物质的不同，主要可以分为金属掺杂、非金属掺杂、金属与非金属共掺杂。金属离子的掺杂是一种实现纳米Ti(^光催化剂可见光化的有效手段之一。把金属离子引入到1102晶格中，可在其禁带中引入杂质能级，减小禁带宽度，使价带中的电子接受波长较大的光激发后，先跃迁到杂质能级，通过再一次吸收能量，由杂质能级跃迁至导带，这样就降低了受激所需的能量，从而实现改性Ti02光催化剂的光谱响应范围向可见光区移动这一 目标。根据半导体根据半导体能带理论，半导体的导带能级主要取决于半导体中金属离子(如Ti空的d轨道的能级，而半导体的价带能级主要取决于非金属离子(如02—)充满的p轨道的能级和02p轨道相比，非金属离子(N、C、S、P)具有能量相对较高的p轨道，掺杂非金属离子不但能将Ti02的光响应波长拓展至可见光区域外，还能保持在紫外光区的光催化活性。最近几年研究发现，对Ti02进行两种元素共掺杂，得到的光催化剂具有比单一元素掺杂更高的光催化性能。双组分共掺杂催化剂在最佳掺杂浓度和最佳掺杂条件以下时其催化活性约为相应单组分掺杂样品的催化活性之和，称之为协同效应。目前金属离子与非金属元素共掺杂催化剂的制备方法在掺杂过程中基本是先掺杂一种离子或元素的掺杂，而后在进行另一种元素的掺杂。掺入的金属离子起扩展1102的光响应范围的作用，而非金属抑制光生载流子的复合，二者协同作用，提高光催化性能。 光催化技术中光催化剂的使用主要有两种形式，即直接使用Ti02粉体的悬浮体系 和将1102负载在载体上进行催化反应。在纳米1102的实际使用中，特别是在水处理的应用 中，大多是采用Ti02的悬浮体系，以Ti02粒子悬浮在溶液中进行反应。这种方法的优点在 于接触表面较大，能够发挥催化剂的吸附作用，传质效果好。但也存在易凝聚、难分离回收 和不适合流动体系等缺点，因此，开发出适合的固载型催化剂是克服这些缺点的有效途径。 目前，在光催化研究中所采用的催化剂固定化工艺主要有溶胶_凝胶法、粉末烧结法、电泳 法和浸渍风干法等。而负载所用的载体主要有玻璃类、金属类、陶瓷类、吸附剂类、高分子聚 合物类、阴阳离子交换剂类等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有可见光催化活性的聚乙烯膜负载型二氧化钛催 化剂，它在二氧化钛中掺杂少量的铁离子和氮元素，这两种元素的掺杂协同作用，从而降低 了半导体光催化剂的禁带宽度，使得催化剂具有对可见光的吸收能力。实施本专利技术采用的技术方案如下所述采用溶胶_凝胶法制备粉末状的二氧化钛催化剂，对其进行铁、氮两种元素的同时共掺杂改性，掺杂之后将制得的粉末状催化剂再通过浸渍沉淀和热处理法均匀负载于低密度聚乙烯膜上，从而得到具有可见光活性的低密度聚乙烯膜负载型光催化剂。将制备出的膜负载型Fe/N-Ti(^应用于光催化降解实验，以长弧氙灯为光源，二苯胺为目标降解物进行光催化降解实验，取得了较好的效果。 实施本专利技术采用的铁、氮同时共掺杂Ti02粉末催化剂的制备包括如下所述步骤(1)在剧烈搅拌条件下将钛酸四丁酯、醋酸缓慢滴加到无水乙醇中，得到溶液A;(2)分别将少量硝酸铁晶体、尿素、醋酸、水加入到无水乙醇中，得到溶液B ;(3)在剧烈搅拌条件下将B缓慢滴加到A中，滴加完毕后继续搅拌3h，静置陈化24h得稳定凝胶，将凝胶于8(TC烘干得到干凝胶；(4)将干凝胶研细成粉末后后置于管式电阻炉中50(TC焙烧3h得到淡黄色Fe、N共掺杂1102粉末。 实施本专利技术采用的Fe、 N共掺杂Ti02粉末催化剂的LDPE膜负载包括如下所述步 骤(1)将LDPE膜剪成长方形，用异丙醇浸泡一定时间后用清水洗净，室温下晾干待用；(2) 以异丙醇为溶剂，配制粉末催化剂的悬浊液，催化剂的质量浓度为lg/L，用磁力搅拌器充分 搅拌，静置24h;(3)将LDPE膜浸泡在此悬浊液中10h，悬挂于室内晾干，然后放于烘箱内 105t:热处理10小时；(4)将热处理后的LDPE膜用超声波清洗仪清洗，蒸馏水冲净，以去除 表面为附着上的催化剂颗粒，最后将膜片悬挂晾干即可得到LDPE膜负载型Ti02催化剂。具体实施例方式实例1铁、氮同时共掺杂Ti02粉末催化剂的制备 (1)在剧烈搅拌条件下将10mL钛酸四丁酯、10mL醋酸缓慢滴加到80mL无水乙醇 中，得到溶液A; (2)分别将少量硝酸铁晶体、尿素、5mL醋酸、6. 25mL水加入到25mL无水乙醇中，得 到溶液B ; (3)在剧烈搅拌条件下将B缓慢滴加到A中，滴加完毕后继续搅拌3h，静置陈化 24h得稳定凝胶，将凝胶于8(TC烘干得到干凝胶；4 (4)将干凝胶研细成粉末后后置于管式电阻炉中50(TC焙烧3h得到淡黄色Fe、 N同时共掺杂1102粉末。 实例2粉末催化剂的LDPE膜负载 (1)将LDPE膜剪成5X10cm的长方形，用异丙醇浸泡一定时间后用清水洗净，室温 下晾干待用； (2)以异丙醇为溶剂，配制Fe、 N同时共掺杂的Ti02粉末催化剂的悬浊液100mL， 催化剂的质量浓度为lg/L，用磁力搅拌器充分搅拌，静置24h ; (3)将LDPE膜浸泡在此悬浊液中10h，悬挂于室内晾干，然后放于烘箱内105t:热 处理10小时； (4)将热处理后的LDPE膜用超声波清洗仪清洗15分钟，蒸馏水冲净，以去除表 面为附着上的催化剂颗粒，最后将膜片悬挂晾干即可得到LDPE膜负载型Fe、 N同时共掺杂 1102催化剂。 实例3光催化降解二苯胺(DPA)的应用实例 用制得的LDPE膜负载型Fe、 N同时共掺杂Ti02催化剂进行光催化降解二苯胺 (DPA)的实验，DPA浓度为20mg/L，溶液初始pH = 3。以500W长弧氙灯为光源照射90分 钟，DPA的降解率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种膜负载型掺杂改性的二氧化钛光催化剂及其制备方法，其特征在于该催化剂以铁、氮共掺杂改性的二氧化钛为活性组分，负载于低密度聚乙烯薄膜上；它采用溶胶－凝胶法制备粉末状的二氧化钛催化剂，对其进行铁、氮两种元素的同时共掺杂改性，掺杂之后将制得的粉末状催化剂再通过浸渍沉淀和热处理法均匀负载于低密度聚乙烯膜上，从而得到具有可见光活性的低密度聚乙烯膜负载型光催化剂；将制备出的膜负载型Ｆｅ／Ｎ－ＴｉＯ↓［２］催化剂应用于光催化降解实验，以长弧氙灯为光源，二苯胺为目标降解物进行光催化降解处理，取得了较好的效果。
【技术特征摘要】
一种膜负载型掺杂改性的二氧化钛光催化剂及其制备方法，其特征在于该催化剂以铁、氮共掺杂改性的二氧化钛为活性组分，负载于低密度聚乙烯薄膜上；它采用溶胶-凝胶法制备粉末状的二氧化钛催化剂，对其进行铁、氮两种元素的同时共掺杂改性，掺杂之后将制得的粉末状催化剂再通过浸渍沉淀和热处理法均匀负载于低密度聚乙烯膜上，从而得到具有可见光活性的低密度聚乙烯膜负载型光催化剂；将制备出的膜负载型Fe/N-TiO2催化剂应用于光催化降解实验，以长弧氙灯为光源，二苯胺为目标降解物进行光催化降解处理，取得了较好的效果。2. 根据权利要求1所述的膜负载型掺杂改性的二氧化钛光催化剂，其特征在于该催化剂分别以硝酸铁和尿素为铁源和氮源制备成共掺杂的二氧化钛。3. 根据权利要求1所述的膜负载型掺杂改性的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于它以溶胶_凝胶法制备铁、氮共掺杂的二氧化钛光催化剂。4. 根据权利要求1所述的膜负载型掺杂改性的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于它分别以硝酸铁和尿素为铁源和氮源，进行铁和氮的同时掺杂，而没有先后顺序之分。5. 根据权利要求4所述的膜负载型掺杂改性的二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于铁、氮同时共掺杂Ti02粉末催化剂的制备包括如下所述步骤(1)在剧烈搅拌条件下将钛酸四丁...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖羽堂，李志花，许双双，张永来，张飞白，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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