一种氧化钛基光催化材料的表面改性方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化钛基光催化材料的表面改性方法，包括：对氧化钛基光催化材料进行清洁处理，再按摩尔比０．１～１００∶１∶０．０００１～０．２的比例依次加入水解抑制剂、钛源和金属离子的有机溶液，混合物分散均匀后加入相对于中和水解抑制剂和水解钛源的量的过量碱溶液，进行水解直至钛源完全转化为钛的氢氧化物，得到的粗品分散到酸的稀溶液中，混合均匀，离心、洗涤、烘干，得到表面改性的氧化钛基光催化材料。经该方法改性后的光催化材料获得了单一方法改性所达不到的良好光催化效果，其光生电子和空穴寿命延长，表面缺陷和活性羟基增加，光催化活性有所提高，可以应用于改性前材料所应用的领域，还可有效地对水体和空气中的绝大部分污染物产生降解作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光催化材料
，具体地说是涉及。
技术介绍
半导体光催化技术是利用紫外光辐照具有光催化活性的半导体材料来引发光催化反应。TiO2光催化材料是近年来受到广泛关注的一种半导体光催化材料。大量研究表明，染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等都能被TiO2有效地完成光催化降解，脱色、去毒、矿化为无机小分子物质，从而消除对环境的污染。此外，TiO2光催化反应还具有无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、反应条件温和、应用所需设备简单、二次污染小、易于操作、对低浓度污染物及气相污染物也有很好的去除效果、催化材料易得、运行成本低、可望用太阳光为反应光源等优点。因而，TiO2光催化材料是一种非常有前途的治理环境污染的材料，而通过TiO2光催化材料的制备和改性来进一步提高其光催化活性的工作也就成为了人们研究的重点。为了提高TiO2的光催化活性，研究人员通常采用金属离子掺杂、贵金属沉积、表面酸化、半导体复合、表面敏化等各种方法来改性材料，并取得了一定的效果。例如，在粉体制备过程中进行掺杂，或是采用射频技术进行离子注入，这些方法都是使用单一的方法进行改性，不适合大工业生产，而且仍然不能达到的人们所希望的良好光催化效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服使用单一方法对氧化钛基光催化材料进行改性，不适合大工业生产，而且仍然不能达到的人们所希望的良好光催化效果的缺陷，从而提供一种具有良好光催化效果、且适合大工业生产的氧化钛基光催化材料的表面改性方法。本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的本专利技术提供，将表面包覆、掺杂和酸化等改性手段协同应用，在包覆的同时进行掺杂，即钛源和掺杂金属先后添加到体系中同时水解或沉淀在氧化钛基材料表面，之后进行酸化处理，其具体包括如下的步骤1)对氧化钛基光催化材料进行清洁处理先将氧化钛基光催化材料在100～500℃焙烧，以去除表面可能吸附的有机污染物；再将该氧化钛基光催化材料直接浸泡于或使用超声波分散在无水的有机溶液中；2)分散向步骤1)得到的混合体系中按摩尔比0.1～100∶1∶0.0001～0.20的比例依次加入水解抑制剂、钛源和金属离子的乙醇或丙酮溶液，搅拌或超声振荡使得混合物分散均匀；3)水解在搅拌或超声振荡下，向步骤2)得到的混合体系中加入相对于中和水解抑制剂和水解钛源的量的过量碱溶液，进行水解直至钛源完全转化为钛的氢氧化物，烘干，得到在表面掺杂了金属离子的氧化钛基光催化材料粗品；4)表面酸化将步骤3)得到的粗品于真空烘干，分散或浸泡到酸溶液中，直至pH试纸检测混合液呈酸性为止，然后离心、洗涤，烘干，得到表面改性的氧化钛基光催化材料。所述步骤1)中的氧化钛基光催化材料包括二氧化钛的颗粒、二氧化钛的薄膜、在其他基底上的二氧化钛薄膜和已包附在其他颗粒表面的二氧化钛薄膜；薄膜的厚度为2nm～1μm。所述步骤1)中的无水的有机溶液，为水含量在1wt％以下的有机溶剂，以易于固液分离。所述步骤1)中的无水的有机溶液为乙醇或丙酮。所述步骤2)的水解抑制剂为醋酸或异丙醇。所述步骤2)的金属离子为选自Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、V、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Sn、Pb、Cu、Zn、镧系元素中的一种。所述步骤3)的碱溶液为无机碱的水溶液，包括氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液。所述步骤4)的酸为无机中强酸，包括硝酸、硫酸、盐酸、磷酸、高氯酸。本专利技术提供的氧化钛基光催化材料的表面改性方法是将表面包覆、金属离子掺杂和表面酸化等技术耦合在一起，在氧化钛基光催化材料表面包覆了一层掺杂了其他金属元素的钛的氧化物，然后用酸进行酸化，将包覆后材料的外表面上的金属离子溶掉，从而获得一种新的光催化性能加强的材料。该改性后的光催化材料获得了单一方法改性所达不到的良好光催化效果，其光生电子和空穴寿命延长，表面缺陷和活性羟基增加，光催化活性较未改性前有所提高，除了可以应用于改性前材料所应用的领域外，还可有效地对水体和空气中的绝大部分污染物产生降解作用。具体实施例方式实施例1、将TiO2粉体(淄博先广纳米科技有限公司生产，颗粒状二氧化钛，其中锐钛矿型和金红石型比例约为1∶1，颗粒直径约80nm)5g在300℃焙烧以去除表面可能吸附的有机污染物，然后使用超声波分散于水含量在1wt％以下的150ml无水乙醇中，加入醋酸0.1ml、钛酸四丁酯0.4ml以及硝酸铁的无水乙醇溶液(0.01485mol/L)1ml(mol比为16∶1∶0.15)，超声振荡20min；电磁搅拌，滴加过量氨水，进行水解直至钛源完全转化为钛的氢氧化物，自然陈化24h，真空干燥至乙醇挥发完全；加入过量的硝酸稀溶液(添加至pH试纸检测溶液呈酸性)，搅拌，离心，洗涤，120℃烘干，制得改性的氧化钛基光催化材料。使用改性前、后的TiO2(淄博先广纳米科技有限公司)粉体对亚甲基兰进行光催化降解，以两只20W的紫外灯为光源，以1g粉体为催化剂，在1.5L圆柱型容器中搅拌反应，改性前的TiO2粉体在60分钟的光催化降解率为30％，改性的氧化钛基光催化材料在60分钟的光催化降解率为69％，比未改性的提高了130％。实施例2、将表面结晶有1μm TiO2薄膜的玻璃片在100℃焙烧以去除表面可能吸附的有机污染物，然后置于水含量在1wt％以下的150ml无水乙醇中，加入醋酸0.01ml、钛酸四丁酯0.04ml以及硝酸铁的无水乙醇溶液(0.01485mol/L)0.1ml(mol比为16∶1∶0.15)，超声振荡20min；滴加过量氨水，进行水解直至钛源完全转化为钛的氢氧化物，自然陈化24h，真空干燥至乙醇挥发完全；加入过量的硝酸稀溶液(添加至pH试纸检测溶液呈酸性)，洗涤，120℃烘干，制得改性的氧化钛基光催化材料。使用改性前、后的表面结晶有TiO2的玻璃片对亚甲基兰进行光催化降解，以两只20W的紫外灯为光源，在250ml烧杯中电磁搅拌反应，改性前的表面结晶有TiO2的玻璃片在120分钟的光催化降解率为10％，改性的氧化钛基光催化材料在60分钟的光催化降解率为21％，比未改性的提高了110％。实施例3、将表面包覆有2nm厚度TiO2的SiO2粉体(直径60nm)5g在500℃焙烧以去除表面可能吸附的有机污染物，然后使用超声波分散于水含量在1wt％以下的150ml无水乙醇中，加入醋酸0.1ml、钛酸四丁酯0.4ml以及硝酸铁的无水乙醇溶液(0.01485mol/L)1ml(mol比为16∶1∶0.15)，超声振荡20min；电磁搅拌，滴加过量氨水，进行水解直至钛源完全转化为钛的氢氧化物，自然陈化24h，真空干燥至乙醇挥发完全；加入过量的硝酸稀溶液(添加至pH试纸检测溶液呈酸性)，搅拌，离心，洗涤，120℃烘干，制得改性的氧化钛基光催化材料。使用改性前、后的粉体对亚甲基兰进行光催化降解，以两只20W的紫外灯为光源，以1g粉体为催化剂，在1.5L圆柱型容器中搅拌反应，改性前的粉体在60分钟的光催化降解率为12％，改性的氧化钛基光催化材料在60分钟的光催化降解率为24％，比未改性的提高了100％。实施例4、将TiO2粉体(同实施例1)5g在300℃焙烧以去除表面可能吸附的有机污染物，然后使用超声波分散于水含量在150ml丙酮中，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化钛基光催化材料的表面改性方法，包括如下的步骤：１）对氧化钛基光催化材料进行清洁处理：先将氧化钛基光催化材料在１００～５００℃焙烧；再将该氧化钛基光催化材料直接浸泡于或使用超声波分散在无水的有机溶液中；２）分散：向步骤 １）得到的混合体系中按摩尔比０．１～１００∶１∶０．０００１～０．２０的比例依次加入水解抑制剂、钛源和金属离子的乙醇或丙酮溶液，将混合物混合均匀；３）水解：在搅拌或超声振荡下，向步骤２）得到的混合体系中加入相对于中和水解抑制剂和水解 钛源的量的过量碱溶液，进行水解直至钛源完全转化为钛的氢氧化物，烘干，得到在表面掺杂了金属离子的氧化钛基光催化材料粗品；４）表面酸化：将步骤３）得到的粗品于真空烘干，分散或浸泡到酸溶液中，直至ｐＨ试纸检测混合液呈酸性为止，然后离心、洗 涤，烘干，得到表面改性的氧化钛基光催化材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：栾勇，傅平丰，戴学刚，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]