本发明专利技术提出一种可见光响应型纳米复合物粉体光触媒及其制备方法。该粉体的特征为Fe掺杂锐钛矿型TiO2纳米晶异相复合于TiO2-B相纳米带表面。本发明专利技术二氧化钛复合粉体的制备方法为两步液相合成法：第一步，通过水热法合成TiO2-B相纳米带；第二步，以TiO2-B相纳米带为前驱物，通过钛盐和铁盐的共水解沉淀过程实现Fe掺杂锐钛矿型TiO2纳米晶异相复合于TiO2-B相纳米带上。该复合粉体光触媒在可见光照射下对有机污染物有良好的光降解作用，且制备方法简便、原料廉价，适于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以TiA为主要成分的可见光响应型光触媒及其合成方法。
技术介绍
光触媒是一类以半导体TiO2为代表的具有光催化作用的功能材料。锐钛矿型TiA 在紫外光照射下，产生的光生载流子具有强的氧化还原能力，可将各种有机物、部分无机物等环境污染物，以及细菌、病毒等分解。因此，它具有空气和水体净化、杀菌、除臭、防污等功能。传统的纯相窄带半导体TiA光触媒只能吸收波长小于380纳米的紫外光，因此在太阳光直射不到的室内不能发挥其光催化功能，使其应用受到限制。虽然市场上已有可见光型光触媒产品，但价格昂贵。因此，研究高效廉价的可见光型光触媒，对于实际应用是非常必要的。对半导体TiO2进行改性是开发新型可见光型光触媒的有效途径，常用的改性方法有掺杂、复合等通过在TiA纳米晶中掺杂某些过渡金属元素(如狗)，在半导体TiO2S 隙间引入合适的掺杂能级，可将光催化响应扩展到可见光区域；而不同晶型TiA间的异相复合可促使光生电荷载流子产生分离，从而提高光催化效率。例如，商业上最常用的光触媒 Degussa P25即为锐钛矿和金红石的混合相，其中锐钛矿占80%，金红石占20% (重量比)。 TiO2在自然界中存在三种晶型，分别为锐钛矿、金红石和板钛矿相，另外还有五种人工合成的晶型，分别为TiO2-B, TiO2-R, TiO2-H, TiO2-II和TiO2-III相。其中锐钛矿和金红石相为最常见的晶型，实践证明，锐钛矿较金红石相光催化活性更高。本专利技术提出一种新型的、由TiO2-B纳米带与!^e离子掺杂的锐钛矿型TW2纳米晶组成的纳米复合粉体，该粉体不仅对可见光有光催化响应，而且由于两相复合界面的电荷载流子分离效应，其可见光催化活性较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种纳米TiO2两相复合粉体及其制备方法。本专利技术提出了一种具有可见光催化功能的光触媒复合粉体，其特征为长度为 1 10微米、宽度为30 100纳米、厚度为10 30纳米的TiO2-B相纳米带表面覆盖一层具有介孔结构、颗粒大小为5 10纳米的!^e掺杂锐钛矿型TW2纳米晶膜；其中Fe掺杂锐钛矿型TiO2纳米晶中Fe/Ti摩尔比为0.5 5 100，TiO2纳米晶在复合物中的重量百分含量为20 70%。本专利技术T^2复合粉体的制备方法为两步液相合成法第一步，采用水热法在浓碱性溶液中制得TiO2-B相纳米带；第二步，在添加TiO2-B相纳米带作为前驱物的液相中，采用钛盐和铁盐的共水解沉淀法制得复合物粉体。具体步骤包括1. TiO2-B相纳米带的合成取1克市售TW2白色粉末(锐钛矿型、金红石型、板钛矿型、无定形态以及多相混合型皆可)与10 50毫升浓度为5 15摩尔/升的碱溶液(如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾溶液)，依次加入到水热釜中，于120 230°C反应10 40小时；获得的固体产物用 1摩尔/升酸溶液(如盐酸、硫酸、硝酸溶液)和去离子水洗涤，干燥后在300 70(TC热处理0. 5 5小时，即得TiO2-B相纳米带。2. TiO2复合粉体的制备取0. 2克TiO2-B相纳米带、0. 05 0. 5克十二烷基硫酸钠、3 10毫升去离子水加入到烧杯中，加热并搅拌使其均勻混合；用硫酸和氢氧化钠将溶液PH值调节在2. 0 7. 0 范围；取10毫升含3 X 10_3 0.3毫摩尔的铁盐(如硝酸铁、硫酸铁、氯化铁)和0.6 6.0 毫摩尔的钛盐(如硫酸钛、氟化钛、氯化钛、溴化钛)水溶液(使狗掺杂锐钛矿型TiO2纳米晶中i^e/Ti摩尔比为0.5 5 100，1102纳米晶在复合物中的重量百分含量为20 70%) 液逐滴加入到上述溶液中并充分搅拌使其反应；反应结束后，沉淀产物经过滤、洗涤、干燥， 最后在400 700°C热处理0. 5 5小时，即得纳米TiO2复合粉体。X射线衍射及透射电镜测试表明，TiO2-B相是长度为1 10微米、宽度为30 100 纳米、厚度为10 30纳米的纳米带，尺度在5 10纳米的铁掺杂锐钛矿型TiA纳米晶覆盖于该纳米带表面形成TiO2膜，构成纳米复合物(见图1)；锐钛矿型TiO2纳米晶膜的厚度随其在复合物中含量增加而增厚(见图幻；纳米晶团聚形成大量间隙，使复合物具有介孔结构。惰性气体等温脱吸附曲线测量分析表明，孔尺寸分布在3. 5纳米左右(见图3)。以500瓦的碘钨灯(加滤光片将波长小于420纳米的光滤掉)为可见光源，进行可见光光催化实验。取100毫克纳米复合物粉体，分散于50毫升浓度为2X 10_5摩尔/升的亚甲基蓝水溶液中，并于暗处搅拌3小时，使亚甲基蓝在催化剂表面建立脱吸附平衡。在可见光照射下，间隔一定时间取样，用紫外-可见吸收谱探测亚甲基蓝最强吸收峰强度变化情况，以此来表征亚甲基蓝经不同时间反应后的降解率。结果表明，亚甲基蓝降解率随可见光辐照时间延长而增大，经过7小时的辐照，亚甲基蓝降解率可大于60% (最高达77% )。附图说明图1 (a)实例1中TiO2-B纳米带的透射电镜形貌像；(b)实例1中复合物高倍透射电镜形貌像，插图为方框处的电镜高分辨像。图2 复合物形貌随其中!^e掺杂TiO2纳米晶含量(重量百分比)变化而演变的透射电镜照片(a) !^e掺杂TW2纳米晶含量为0 ； (b)i^e掺杂TW2纳米晶含量为10% ； (c)Fe 掺杂TW2纳米晶含量为30% ； (d)Fe掺杂TW2纳米晶含量为50%。图3 (a)实例1中复合物的吸附/脱附等温线；(b)实例1中复合物的孔分布曲线。图4 实例1中产物的紫外-可见漫反射谱图(a) TiO2-B纳米带；(b) !^e掺杂TW2 纳米晶/TiO2-B纳米带复合物。图5 在实例1复合物催化下，亚甲基蓝溶液经可见光照射不同时间后的紫外-可见吸收谱图。具体实施例方式实例1 4取1克的锐钛矿型TiO2白色粉末与10毫升浓度为5摩尔/升的氢氧化锂水溶液， 加入到水热釜中，于120°C反应2小时；产物用1摩尔/升的盐酸溶液和去离子水洗涤，干燥后在300°C热处理0. 5小时，即得TiO2-B相纳米带。 取0. 2克TiO2-B相纳米带、0. 05克十二烷基硫酸钠、3毫升去离子水加入到烧杯中，加热并搅拌使其均勻混合后，用硫酸将溶液PH值调节到2. 0 ；取10毫升3 X 10_3毫摩尔的硝酸铁和0. 6毫摩尔的硫酸钛的水溶液，逐滴加入到上述溶液中充分搅拌使其反应；反应结束后，沉淀产物经过滤、洗涤、干燥，最后在400°C热处理0. 5小时，得到纳米TiO2复合粉体。X射线衍射及透射电镜测试表明，复合粉体中TiO2-B相是长度为1 10微米、宽度为30 100纳米、厚度为10 30纳米的纳米带，尺度在5 10纳米的铁掺杂锐钛矿型 TiO2纳米晶覆盖于该纳米带表面形成TiO2膜，构成纳米复合物(见图1)。由于纳米晶团聚而形成的间隙，使复合物具有介孔结构，根据惰性气体等温脱吸附曲线的测量分析(见图 3)，其孔尺寸约为3. 5纳米。紫外-可见漫反射谱测量表明(图四)，该纳米复合粉体在400 500纳米可见光波段具有一定的吸收。可见光催化实验结果显示，在该纳米粉体的催化作用下，亚甲基蓝降解率随可见光辐照时间延长而增大；经过7小时的辐照，亚甲基蓝降解率约为77%。实例2 取1克的锐钛本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有可见光催化功能的光触媒复合粉体，其特征为：长度为１～１０微米、宽度为３０～１００纳米、厚度为１０～３０纳米的ＴｉＯ２－Ｂ相纳米带表面覆盖一层具有介孔结构、颗粒大小为５～１０纳米的Ｆｅ掺杂锐钛矿型ＴｉＯ２纳米晶膜；其中Ｆｅ掺杂锐钛矿型ＴｉＯ２纳米晶中Ｆｅ／Ｔｉ摩尔比为０．５～５∶１００，ＴｉＯ２纳米晶在复合物中的重量百分含量为２０～７０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔丽凤，王元生，黄烽，牛牧童，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：35
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