本发明专利技术提供一种表面铁修饰二氧化钛光催化剂。它包括二氧化钛粉末和/或薄膜，所述二氧化钛粉末和/或薄膜表面含有高度分散的铁氧化合物。本发明专利技术还提供上述光催化剂的制备方法。以预先煅烧过的二氧化钛为钛源，不同取代基的大分子酞菁铁为铁源，以水-有机溶剂为混合溶剂，将溶液中的酞菁铁吸附至二氧化钛表面后，在特定温度下灼烧以破坏酞菁环结构，除掉酞菁铁分子中除铁元素以外的碳、氮、氧、氢元素，最终得到该复合光催化剂。本发明专利技术还提供上述光催化剂的用途，用于紫外光降解苯酚及氯代酚类有机物。本发明专利技术原料易得、制备方法简单，与空白二氧化钛相比，铁修饰后光催化剂活性显著增高，并且光催化剂的稳定性良好，反应过程中未发生铁的溶解以及形态转变现象。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化剂
，涉及一种氧化钛表面修饰方法，更具体的是提供了一种表面铁修饰氧化钛光催化剂的制备方法和紫外光催化降解有机物的用途。
技术介绍
进入21世纪，环境和能源成为人类面临和亟待解决的重大问题，在石油、煤炭等传统能源日益枯竭，生存环境不断恶化的今天，光催化反应凭借其巨大的能源潜力、温和且深度的反应条件以及广泛的应用领域愈发受到人们的关注。自20世纪80年代以来，光催化在对水和气相中多种污染物的处理方面取得了突飞猛进的发展，光催化技术在环境保护领域的应用研究越来越多。半导体光催化剂以其高活性、低成本、稳定性好而引起人们极大的重视和研究兴趣，是一种有巨大潜力的新型材料。历经近四十年的研究表明，TiO2是目前最合适的环保型光催化剂。但是受其本身的性质局限，目前产品化进程十分缓慢，大规模的推广应用难度颇大。不足之处主要表现在这几个方面(I)TiO2禁带宽度约为3. &V，所以只能被小于380nm 以下的紫外光激发，这部分能量只占到达地球表面太阳辐射的5%左右；(2)电荷载体间的快速复合使得用于有机物降解的量子产率很低，通常不高于20%，因此太阳能的实际利用率只有1%左右。为了提高二氧化钛的光催化效率，人们采用多种手段对其进行改良，主要集中于特定结构的制备和成分的修饰。利用铁元素来修饰二氧化钛是比较常见的方法之一，主要依据有(1)铁资源丰富且成本低廉；(2)通过复合物之间的能带边缘偶合，二氧化钛表面独立的FexO,簇可以促进电荷分离；(3)过氧化氢存在时，三价铁被导带电子还原后可以通过i^enton反应重新生成，并且这个过程伴随着强氧化性的羟基自由基的生成。这类复合催化剂的制备主要有两种途径，一种是利用溶胶-凝胶或水热法将含铁物质插入到二氧化钛晶格中，另一种是通过表面浸渍或沉积法将铁的氧化物包覆到二氧化钛表面，然而这些方法都或多或少存在一些缺陷。首先，目前人们多选用无机铁盐如氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等作为铁源，在掺杂铁离子的同时，不能保证底物中的阴离子可以被完全除去，有报导指出某些阴离子有可能对活性物种如羟基自由基有淬灭作用，从而削弱了二氧化钛本身的光催化活性。其次，复合催化剂通常需要进行高温烧结来提高结晶度，但是对于二氧化钛和氧化铁各自对应最高光活性时的最佳温度却不同，这就使人们在讨论温度影响时产生了矛盾。 另外，在高温下铁元素会与二氧化钛分离形成独立的晶相，如!^e2O3和!^e2TiO5,从氧化钛到 !^e2O3或狗21105的电荷转移可能会削弱氧化钛本身的光活性。第三，对于铁离子在氧化物晶格中的掺杂是否会提高或降低氧缺陷的浓度，目前还存在争议。另外，铁在氧化钛表面的过量或不均勻负载通常会导致FerO,簇的聚集，并且在光催化反应过程中铁向水溶液中的溶解也是不可避免的，这些现象都不利于电子的转移和样品的循环利用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高光催化活性的表面铁修饰二氧化钛光催化剂。本专利技术解决上述问题所采取的技术方案是它包括二氧化钛粉末和/或薄膜，所述二氧化钛粉末和/或薄膜表面含有高度分散的铁氧化合物。本专利技术还可以采用如下进一步的技术方案所述铁氧化合物以Fe(III)xO7网格形式分布于二氧化钛表面，其中铁为三价，在复合光催化剂中占质量分数为(Γιο %。所述二氧化钛为锐钛矿型、金红石型、板钛矿型中的一种或两种或三种的混合。所述铁氧化合物的铁源前驱体是羧基酞菁铁、磷酸基酞菁铁、羧酸乙酯基酞菁铁其中任意一种或两种或三种的混合。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种上述表面铁修饰二氧化钛光催化剂的制备方法。本专利技术解决上述问题所采取的技术方案是所述制备方法为吸附-灰化两步法， 使用二氧化钛粉末和/或薄膜时包括以下步骤(1)、室温下，将预先在40(Ti2(Krc下煅烧过的二氧化钛粉末和/或薄膜投入去离子水中，超声5分钟，取得分散均勻的二氧化钛悬浊液和/或薄膜；O)、将所述铁氧化合物的铁源前驱体加入溶剂中，或将溶剂加入到所述铁氧化合物的铁源前驱体中，取得铁源溶液，所述溶剂为丙酮、吡啶、硝基苯、氯萘、浓硫酸、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种或两种的混合；(3)、保证避光环境，剧烈搅拌下，将步骤O)取得的铁源溶液加入步骤(1)所取得的二氧化钛悬浊液和/或薄膜中，或将步骤(1)所取得的二氧化钛悬浊液和/或薄膜，加入到步骤( 取得的铁源溶液中，继续搅拌12小时；(4)、在步骤(3)达到吸附平衡后，将悬浊液和/或薄膜抽滤和/或取出，去离子水洗涤滤渣至无有机溶剂存在，3(T120 °C烘干滤渣；(5)、收集步骤(4)获得的粉末和/或薄膜样品，在30(T900°C下灰化5分钟 20小时；(6)、收集步骤(5)获得的粉末样品和/或薄膜，即得表面铁修饰的二氧化钛复合光催化剂。本专利技术所要解决的再一技术问题在于提供一种上述表面铁修饰二氧化钛光催化剂的用途，用于紫外光降解苯酚及氯代酚类有机物。本专利技术解决上述问题所采取的技术方案是所述催化剂在紫外光下能够光催化降解有机物，例如苯酚类、芳香烃类、有机硫化物等。本专利技术还可以采用如下进一步的技术方案在光催化反应过程中，加入0.5 20.0 毫摩尔每升的过氧化氢后，有机物在紫外光下的降解速率高于在空气中的速率。本专利技术与现有方法相比，具有原料易得、制备方法简单、可以控制微量铁修饰等优点，与空白二氧化钛相比，铁修饰后光催化剂活性显著增高，并且光催化剂的稳定性良好， 反应过程中未发生铁的溶解以及形态转变现象。附图说明图1为表面铁修饰二氧化钛复合光催化剂的结构示意图。图2为实施例1中样品的电子顺磁共振谱图，其中(a)_ (c)是经表面铁修饰的二氧化钛样品，预处理温度分别为400、600、800°C，(a’)- (c’)是对应的空白二氧化钛样品。图3为实施例2中样品的拉曼光谱，其中(a)_ (c)是经表面铁修饰的二氧化钛样品，灰化温度分别为300、500、700 0C。图4为实施例2中样品的电子顺磁共振谱图，其中(a)_ (c)是经表面铁修饰的二氧化钛样品，灰化温度分别为300、500、700 V。图5为实施例3中样品的拉曼光谱，其中(a) - (c)中铁含量分别为0、0. 071、 0.34wt%。图6为实施例3中样品的电子顺磁共振谱图，其中(a) _ (g)中铁含量分别为0、 0.014,0. 036,0. 071,0. 14,0. 21,0. 34wt%。图7为实施例1为光催化剂时的苯酚降解一级动力学常数。图8为实施例2为光催化剂时的苯酚降解一级动力学常数。图9为实施例3为光催化剂时的苯酚和4-氯苯酚降解一级动力学常数。图10为实施例3得到的铁含量为0. 071衬％光催化剂在紫外光下降解苯酚的循环实验。图11实施例3、4得到的铁含量为0. 071衬％光催化剂在紫外光下苯酚浓度随时间变化曲线。(a, a，)空白 TiO2, (b，b，)空白 Ti02+10mM H2O2，(c，c，)Fe/Ti02，(d，d，)Fe/ TiO2+IOmM H2O2。金红石型TiO2 (实心，a_d)和商品锐钛矿型TiO2 (空心，a，_d，)。具体实施例方式本专利技术提供了一种表面铁修饰二氧化钛光催化剂，它包括二氧化钛粉体颗粒或薄膜，铁在二氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种表面铁修饰的二氧化钛复合光催化剂，其特征在于：它包括二氧化钛粉末和／或薄膜，所述二氧化钛粉末和／或薄膜表面含有高度分散的铁氧化合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许宜铭，孙琼，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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