本发明专利技术涉及一种可见光光催化剂碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛的制备方法，该方法以四氯化钛、氨类化合物及糖类化合物为反应物，采用水解-沉积-焙烧法制得，经水解、过滤、洗涤、干燥，焙烧，得到不同掺杂量的碳-氮-氯共掺杂二氧化钛纳米光催化剂。本发明专利技术的制备方法合成的碳-氮-氯共掺杂二氧化钛光催化剂比表面积高达235m2/g，晶粒大小在5nm左右，在可见光辐照下具有非常高的光催化活性，且合成路线简单，原料易得，成本低，适合工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可见光光催化剂碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备 方法，属于纳米光催化材料领域。
技术介绍
光催化氧化技术是一种高级污染物消除技术。二氧化钛因其性质稳定、无毒、低 廉、及在紫外光活性高等特点，因而被广泛应用于空气净化、水体污染物降解、抗菌、除臭和 自清洁等方面。但由于二氧化钛的带隙较宽(Eg = 3. 2eV)，只能利用波长小于387nm的紫 外光，而在太阳光谱中，这部分紫外光只占全部能量的3 5%，因而对太阳能的利用效率 很低。在太阳光中可见光占总能量的43%，因此如何拓展二氧化钛对可见光的吸收是提高 太阳能利用率的技术关键。为提高二氧化钛对可见光的利用，研究者们尝试了多种解决途径。如文献中报 道的对二氧化钛进行过渡金属离子掺杂、贵金属掺杂、稀土元素掺杂、非金属离子掺杂、复 合半导体和染料敏化等。近来，利用非金属对TiO2进行掺杂引起了广泛的关注。2001年 Asahi等首次报道了氮掺杂TiO2，此材料在不降低紫外光活 性的基础上，同时还具有可见光活性，并且性质稳定。此后，对二氧化钛进行C、N、S、F、CI、 I等非金属元素进行掺杂的研究屡见报道。目前，对二氧化钛进行单一非金属元素的研究 较多，且存在量子效率较低的问题。而恰当的采用多种非金属元素掺杂时，往往会产生协同 效应，能进一步提高可见光光催化活性。非金属共掺杂二氧化钛活性高于单一非金属元素， 原因在于不同原子间的轨道叠加能有效减小能带宽度，从使二氧化钛的吸收边红移，以及不同 原子间的电荷补偿能有效抑制氧空缺的生产，从而大大提高光催化活性。如中国专利CN1775359A采 用钛酸丁酯、无机酸、Triton X-100、正己醇和环己烷组成的微乳液，在120°C下水热反应 13小时，合成了碳-氮共掺杂的二氧化钛光催化剂；中国专利CN1562461A以硫脲为硫源， TiCl4为Ti源，聚乙二醇或聚乙烯醇作表面活性剂，在高压釜中150-200°c水热处理2小 时，得到掺硫的二氧化钛粉体，再在600°C下氨气氛中氮化2 4小时，得到硫-氮共掺杂 的纳米二氧化钛光催化剂。又如中国专利CN101332436A采用四氯化钛、硫酸氧钛或硫酸 钛为钛源，以L-半胱氨酸为掺杂源，180°C下水热反应24小时，得到碳-氮-硫共掺杂二 氧化钛光催化。中国专利CN101757936A将碳氯化合物加入到有机钛盐中，180°C水热处理 5小时即可得到碳_氯共掺杂的二氧化钛光催化剂。这些专利中所制备的多元非金属掺 杂二氧化钛都表现出很好的可见光活性。对二氧化钛进行碳掺杂，氮掺杂及碳_氮共掺杂 (CN100375650C, CN101422725B, CN101757936A)都具有良好的可见光光催化活性。对二氧 化钛进行卤素元素掺杂，为维持晶体的电中性，会在晶格中形成Ti3+，适量的Ti3+会减小电 子和空穴的复合速率从而提高光催化活性。目前，通过多元非金属元素掺杂工艺制备二氧化钛光催化剂时，往往需要在高压下进行，对设备的要求极高(如CN101757936A，CN1562461A, CN101332436A)，或过程较复杂难以控制(如CN1775359A)，或需要较高温度的焙烧后处 理 过程(如CN1562461A)，因而制备成本较高。
技术实现思路
鉴于现有技术通过多元非金属元素掺杂工艺制备二氧化钛光催化剂时存在的制 备成本高的问题，本专利技术的目的在于提供一种碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的 制备方法，该方法在大气压下进行，合成温度相对较低，工艺简单，原料易得，因而成本低， 适合工业化大生产。而且，制备获得的碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛在可见光的条件下 具有较高的催化活性。为了实现本专利技术的目的，专利技术人通过大量试验研究，最终获得了如下技术方案一种碳_氮-氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，以四氯化钛、氨类化合 物及糖类化合物为反应物，采用水解_沉积_焙烧法制得。上述的碳_氮_氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其中所述的氨类化 合物为氨水，或为氨水和氯化铵。在本专利技术的实施例中，上述的碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方 法包括如下工艺步骤和反应条件(1)在冰水中加入四氯化钛，形成透明的四氯化钛溶液，其中四氯化钛和水的体积 比为1 (10 50)；(2)在步骤(1)的溶液中加入氨水后产生白色沉淀，其中氨水与四氯化钛的摩尔 比为3 5 1 ；(3)将步骤(2)中获得的白色沉淀分离，用去离子水洗涤3 5次，在60 100°C 下烘8 24小时，得无定形TiO2粉体；(4)将步骤(3)所得粉体按质量比1 0 0. 1 0. 1 0. 5与氯化铵、糖类化合 物混合均勻，220 350°C煅烧1 8h，冷却后研磨得到粒径小于20nm的碳-氮-氯共掺杂 的纳米二氧化钛粉体。上述的碳-氮_氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其中步骤(4)优选 为将步骤(3)所得粉体按质量比1 0 0. 1 0.1 0.5与氯化铵、糖类化合物混合均 勻，250 300°C煅烧3 5h。上述任一所述的碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，所述的糖 类化合物选自葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术涉及的可见光光催化剂碳-氮_氯共掺杂纳米二氧化钛 制备方法具有如下有益的技术效果(1)操作简单，制备成本低，适合工业化大生产。本专利技术的碳-氮-氯共掺杂纳米 二氧化钛光催化剂制备方法是在大气压下进行，相比现有技术中所报道的需要在高压下进 行反应的水热法(参见专利CN1775359、CN1562461、CN101332436)，本专利技术对设备要求低， 操作安全，更容易实现。同时，相比中国专利CN1562461需要高温的条件，本专利技术所涉及的 反应温度在250 30(TC即可实现，能耗低，制备成本相应地也很低，适合工业化大生产。(2)利用本专利技术的方法制备的产品具有更高的催化活性。本专利技术涉及的碳-氮-氯共掺杂二氧化钛光催化剂较单一元素掺杂的二氧化钛相比，由于各掺杂非金属元素之间的 协调作用，因而该二氧化钛光催化不仅使紫外光有较好的响应，其对可见光的响应也大大 增强。同时，利用本专利技术的方法制备的光催化剂的比表面积高达235m2/g，非常有利于光催 化反应。对污染物如甲基橙的可见光降解速率有较大的提高。通过实施例2效果试验可以 看出，可见光下，相比德国商用TiO2产品P25，利用本专利技术的方法制备的二氧化钛催化剂的 可见光活性提高了 4倍，且在紫外可见光的照射下，活性比P25也有提高。附图说明图1为本专利技术实施例2所制备的样品C的XPS谱图。图2为本专利技术实施例2所制备的样品N的XPS谱图。图3为本专利技术实施例2所制备的样品Cl的XP S谱图。图4为本专利技术实施例2所制备的样品在不同时间可见光照射下与市售的Degussa P25分别降解甲基橙的效果图，图中blank代表无催化剂的降解情况。具体实施例方式以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术所涉及的碳-氮_氯共掺杂纳米二氧化钛 光催化剂的制备方法做进一步作描述，但是本专利技术的保护范围并不限于这些实施例。凡是 不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。实施例1碳-氮_氯共掺杂的纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳－氮－氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：以四氯化钛、氨类化合物及糖类化合物为反应物，采用水解－沉积－焙烧法制得。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：聂龙辉，甘玉梅，徐洪涛，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：83
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