本发明专利技术涉及高光催化活性的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法。本发明专利技术提供具有高光催化活性的纳米二氧化钛光催化剂，利用其优良的光催化活性，在紫外光下，能快速、有效地将环境中的有机染料完全降解为CO2。本发明专利技术首次利用固体有机酸，在乙醇体系中，以钛酸丁酯为原料，通过溶剂热法调控合成了具有新颖纳米结构(特别是纳米晶体内部大量规则空穴的存在)的二氧化钛光催化剂，提供了一种生产具有高光催化活性的纳米二氧化钛光催化剂的简单、易控的新方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化
，涉及光催化降解有机染料的一种具有高光催化活性的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法。
技术介绍
纳米二氧化钛光催化剂无毒、化学稳定性高、价格低廉以及在紫外光下具很高的催化活性等优良性能，在紫外光下能将污水中的有机染料以及一些很稳定的有机物直接降解为co2。目前，制备纳米二氧化钛的方法主要有水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法等，由于钛前驱体水解速率快，且二氧化钛颗粒易团聚，所制备的二氧化钛一般产率低，比表面积小，光催化活性不理想。为了解决钛前驱体的水解速率快和光催化活性低的问题，大都选用不同的钛源，把钛前驱体的浓度控制在一个很低的范围之内，或加入各种表面活性剂。本专利专利技术从另外一种途径出发，首次以各种不同固体有机羧酸与钛酸丁酯为原料，通过一锅溶剂热反应合成在紫外光下具有高光催化活性的超细纳米二氧化钛粉末。该法合成的二氧化钛具有颗粒尺寸小，比表面积大，团聚小的优点，通过改变反应过程中加入的固体有机羧酸的种类，得到具有不同纳米结构单元的二氧化钛光催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种具有高光催化活性的纳米二氧化钛及其制备的新方法。应用该方法，通过改变固体有机羧酸的种类，制备出了结晶度高、纳米结构新颖、粒子尺寸均匀及光催化活性高的二氧化钛光催化剂。本专利技术制备的纳米二氧化钛光催化剂结晶度高、分散性好、比表面积大。本专利技术使用的固体有机酸为草酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸，使用的醇为无水乙醇。本专利技术使用的固体有机酸与钛酸丁酯的摩尔比范围较宽，从30: I到1:1配比下制备的二氧化钛都具有优越的光催化活性。本专利技术使用的固体有机酸中含有的碳在焙烧过程中并没有取代晶格氧形成T1-C键，而是部分以沉积碳的形式存在于二氧化钛表面。本专利技术制备超细纳米二氧化钛光催化剂的方法包括以下过程:将固体有机酸、乙醇和钛前驱体加入到反应釜，在烘箱中反应、结晶，洗涤产物，低温烘干，及在空气中焙烧除掉有机残留物，提闻结晶度。附图说明图1本技术专利技术的实例1-8对应的是粉末X-射线衍射图。图2本技术专利技术的实例1、2对应的是二氧化钛扫描电镜照片。图3本技术专利技术的实例1、2对应的是二氧化钛透射电镜照片。图4本技术专利技术的实例I对应的是二氧化钛X-射线光电子能谱图。图5本技术专利技术的实例3-8对应的是二氧化钛透射电镜照片。图6本技术专利技术的实例1-8对应的是二氧化钛在紫外光下催化降解染料亚甲基蓝的光催化降解曲线。图7本技术专利技术的实例9-11对应的是粉末X-射线衍射图。图8本技术专利技术的实例9-11对应的是二氧化钛在紫外光下催化降解染料亚甲基蓝的光催化降解曲线。具体实施例方式下面结合实施例作进一步描述，但并不以此限制本专利技术的保护范围。实施例1称取3.Sg草酸于聚四氟乙烯高压反应釜中，快速滴加Ig钛酸丁酯，然后往反应釜中加入IOml无水乙醇，密封好之后将反应釜置于180°C烘箱中静置反应24h。自然冷却至室温，洗涤，60°C下干燥，将所得干燥粉末在空气中焙烧，即可得到二氧化钛粉末样品(样品I)。样品I的BET比表面积为110m2/g，为结晶度很高的锐钛矿相二氧化钛，同时伴随有极微量的金红石相二氧化钛，XRD图谱如图1中(a)。按Scherrer公式计算得到的样品的平均粒径为2.3nm。用扫描电镜观察其形貌，如图2中(a)所示，样品呈粉末颗粒状态。用透射电镜进一步观察其内部形貌，如图3中(a)所示，二氧化钛纳米颗粒分散均匀，粒子尺寸约10 20nm，颗粒内部分布有规则的纳米空穴。用氩离子溅射清洁样品表面后，用XPS表征样品表面元素的存在状态，所得谱图如图4所示。从Cls精细谱图(见图4中(a))分析看出，结合能为284.7eV处的谱峰对应于C-C键；结合能为286.3eV和288.5eV两处的谱峰分别归属为C-O(C-OH)键和C = O键；结合能为282eV附近没有明显的谱峰，证实不存在T1-C键，这也说明该样品中的碳并没有取代二氧化钛的晶格氧，而可能是以沉积碳的形式存在于二氧化钛表面。从Ols精细谱图(见图4中(b))分析可以看出，结合能为529.8eV处的谱峰归属为二氧化钛中的晶格氧，而结合能为531.4eV处的谱峰归属为C-0，C = 0，COO和T1-OH键中的氧。光催化活性采用在紫外光下降解亚甲基蓝溶液来评估，光催化降解性能如图6中(a)所示，光照25min之后，染料亚甲基蓝的降解率可达97%。实施例2按实施例1的条件合成二氧化钛光催化剂，不添加无水乙醇，得到二氧化钛粉末样品(样品2)。样品2的BET比表面积为27m2/g，为锐钛矿和金红石相的混相，其中锐钛矿相所占比例为73%，金红石相所占比例为27%，XRD图如图1中(b)。按Scherrer公式计算得到的样品所含锐钛矿相晶粒的平均粒径为6.6nm，所含金红石相晶粒的平均粒径为4.8nm。扫描电镜如图2中(b)所示，样品形貌主体呈三维枝状纳米结构。用透射电镜进一步观察其内部形貌，如图3中(b)所示，二氧化钛颗粒内部也分布有大量的纳米空穴。光催化降解性能如图6中(b)所示，光照25min之后，染料亚甲基蓝的降解率达92%。实施例3按实施例1的条件合成二氧化钛光催化剂，将3.8g草酸改为4.0g苹果酸，得到二氧化钛粉末样品(样品3)。样品3的BET比表面积为136m2/g，为锐钛矿相，XRD图如图1中(c)。按Scherrer公式计算得到的样品的平均粒径为1.5nm，透射电镜如图5中(a)所示。光催化降解性能如图6中(c)所示，光照25min之后，染料亚甲基蓝的降解率为90%。实施例4按实施例2的条件合成二氧化钛光催化剂，将3.8g草酸改为4.0g苹果酸，得到二氧化钛粉末样品(样品4)。样品4的BET比表面积为97m2/g，为锐钛矿相，XRD图如图1中(d)。按Scherrer公式计算得到的样品的平均粒径为2.3nm，透射电镜如图5中(b)所示。光催化降解性能如图6中(d)所示，光照20min之后，染料亚甲基蓝的降解率为97%。实施例5按实施例1的条件合成二氧化钛光催化剂，将3.8g草酸改为4.5g酒石酸，得到二氧化钛粉末样品(样品5)。样品5的BET比表面积为145m2/g，为锐钛矿相，XRD图如图1中(e)。按Scherrer公式计算得到的样品的平均粒径为1.5nm，透射电镜如图5中(c)所示。光催化降解性能如图6中(e)所示，光照20min之后，亚甲基蓝的降解率为91%。实施例6按实施例2的条件合成二氧化钛光催化剂，将3.8g草酸改为4.5g酒石酸，得到二氧化钛粉末样品(样品6)。样品6的BET比表面积为108m2/g，为锐钛矿相，XRD图如图1中(f)，且按Scherrer公式计算得到的样品的平均粒径为2.6nm。透射电镜如图5中(d)所示。光催化降解性能如图6中(f)所示，光照20min之后，染料亚甲基蓝的降解率为91%。实施例7按实施例1的条件合成二氧化钛光催化剂，将3.8g草酸改为5.8g柠檬酸，得到二氧化钛粉末样品(样品7)。样品7的BET比表面积为129m2/g，为锐钛矿相，XRD图如图1中(g)，且按Scherrer公式计算得到的样品的平均粒径为1.5nm。透射电镜如图5中(e)所示。光催化降解性能如图6中(g)所示，光照20min之后，亚甲基蓝的降本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含有二氧化钛纳米微晶的二氧化钛光催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉萍，赵华丽，董轶望，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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