本发明专利技术涉及稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛，其中稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数为0.1-12重量％，稀土金属氧化物是重量比为0.1∶1-5∶1的氧化铈和氧化钕。本发明专利技术还涉及其制备方法，包括：a)将满足所述重量百分数和重量比的稀土金属氧化物和四氯化钛加入水中；b)加入柠檬酸/磷酸氢钠缓冲溶液；c)用碱将pH值调节至5-6；d)在100-200℃的温度和0.2-0.8MPa的压力下反应；和e)过滤和干燥。本发明专利技术还涉及其在涂料中作为光催化剂的用途。所述纳米二氧化钛颗粒为锐钛矿型且晶化程度好；其吸收谱带向可见光方向明显红移；能有效光催化降解环境中的有害气体；其制备方法简单方便且能耗低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛，制备所述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的方法，以及所述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在涂料中作为光催化剂的用途。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，居室装修逐渐成为时尚，豪华的室内装修也成为人们追求的目标。家庭装修可以营造舒适、优美、典雅的居住环境，并美化人们的生活。但是，人们在享受这一切的美好的同时，家庭装修对居住环境造成的污染以及这些污染物质对人体所带来的有害影响也在不断地加大。目前，室内空气的质量已引起社会各界的普遍关注。调查显示新近装修的居室中有机污染物质多达500种以上，包括醛类、苯类、醚类、酯类、醇类、酮类、萜烯类等，其中有20多种物质对人体有较强的致癌、致畸和致突变作用，尤其是甲醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯等对人体的危害较大。二氧化钛作为光催化剂受到了人们日益广泛的关注。二氧化钛作为一种半导体功能材料，其光催化活性主要由自身的晶体结构决定。然而，通过掺杂改性可以提高二氧化钛的谱带响应范围和催化效率。中国专利技术专利申请CN 1631521 A公开了通过共沉淀-煅烧法制备二氧化钛光催化剂，其中在共沉淀反应过程中，将稀土金属元素的硝酸盐以稀土金属元素:二氧化钛=0.5-1.5%的重量比加入四氯化钛水溶液中,其中稀土金属元素选自镧、铺、镨、钕。中国专利技术专利申请CN 1654335 A公开了可见光敏化的锐钛矿型二氧化钛溶胶的制备方法，其中掺杂二氧化钛通过使用镧、铈、钕、铕的盐或其混合物而实现。中国专利技术专利申请CN 102059110 A公开了两种稀土金属元素共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其中所述稀土金属元素为钆和镧、钆和钇、镧和铈或者钆和铕。如果将两种不同的稀土金属元素同时掺杂到二氧化钛中，在所选两种稀土金属元素合适且二者配比适当的情况下，它们将共同提高二氧化钛的光催化活性。
技术实现思路
鉴于上述现有技术状况，本申请的专利技术人在纳米二氧化钛领域进行了广泛深入的研究，以期得到一种光催化活性显著提高的纳米二氧化钛。结果发现通过将重量比为0.1: 1-5: I的氧化铈与氧化钕掺杂到二氧化钛中可获得满足上述要求的纳米二氧化钛。专利技术人正是基于上述发现完成了本专利技术。本专利技术的目的是提供一种纳米二氧化钛，其掺杂有0.1-12重量％的氧化铈与氧化钕，氧化铺与氧化钕的重量比为0.1: 1-5: I。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述纳米二氧化钛的方法。本专利技术的再一目的是提供上述纳米二氧化钛的用途。本专利技术一方面提供了一种稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛，其中稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数为0.1-12重量稀土金属氧化物为氧化铈和氧化钕,氧化铺与氧化钕的重量比为0.1: 1-5: I。本专利技术另一方面提供了一种制备上述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的方法，所述方法包括以下步骤:a)将满足所述重量百分数和重量比的稀土金属氧化物和四氯化钛加入水中；b)加入柠檬酸/磷酸氢钠缓冲溶液；c)用碱将pH值调节至5-6 ；d)在100_200°C的温度和0.2-0.8MPa的压力下反应；和e)过滤和干燥。本专利技术再一方面提供了上述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在涂料中作为光催化剂的用途。本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛为锐钛矿型，且晶化程度好；其吸收谱带向可见光方向明显红移；能有效地光催化降解环境中的有害气体；其制备方法简单方便且能耗低。本专利技术的这些和其它目的、特征和优点在结合如下附图整体考虑本专利技术后，将易于为普通技术人员所明白。附图说明图1为本专利技术实施例1的胶态分散体的透射电镜照片。图2为本专利技术实施例1的稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的X射线衍射图。图3示出了本专利技术实施例1的稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在200_1200nm波长范围内的吸光度。具体实施例方式本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛由二氧化钛和掺杂在其中的稀土金属氧化物组成。稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的吸收谱带随着稀土金属元素掺杂量的增加而逐渐红移，其对可见光的吸收率明显增加。然而，随着稀土金属元素掺杂量的增加，稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在XRD中的锐钛矿峰信号逐渐弱化，这说明稀土金属元素的掺杂一定程度上抑制了锐钛矿晶体的生长。因此，在本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛中，稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数为0.1-12重量％，优选1-8重量％，更优选2-5重量％。在稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数低于0.1重量％的情况下，吸收谱带向可见光的红移不明显；在稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数高于12重量％的情况下，锐钛矿晶体的生长受到了较大程度的抑制，其在XRD中的相应峰信号较弱，且成本明显增加。在本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛中，稀土金属氧化物为氧化铈和氧化钕的混合物，其中氧化铈与氧化钕的重量比为0.1: 1-5: 1，优选0.3: 1-3: 1，更优选0.5: 1-2:1。在氧化铈与氧化钕的重量比小于0.1: I的情况下，产生的空穴不够，进而导致吸收谱带向可见光的红移不明显；在氧化铈与氧化钕的重量比大于5: I的情况下，纳米二氧化钛晶型向锐钛矿型的转变将会受到较大影响。本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的特征还在于其为固溶体的形式，其中稀土金属元素进入了二氧化钛的晶格中。本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的粒径为10-80nm，优选20-50nm。本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛为锐钛矿型，且晶化程度好。与没有掺杂的纳米二氧化钛相比，本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的吸收谱带向可见光方向红移，其对可见光的吸收率明显增加。本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛可通过如下方法制备:a)将满足上述重量百分数和重量比的稀土金属氧化物和四氯化钛加入水中；b)加入柠檬酸/磷酸氢钠缓冲溶液；c)用碱将pH值调节至5-6 ;和d)在100_200°C的温度和0.2-0.8MPa的压力下反应；和e)过滤和干燥。步骤a)具体地，步骤a)通常按如下进行:首先将满足上述重量百分数的稀土金属氧化物加入四氯化钛中，最后将所得稀土金属氧化物与四氯化钛的混合物加入水中。上述重量百分数具体指稀土金属氧化物基于本专利技术稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛中的二氧化钛为0.1-12重量％,优选1-8重量更优选2-5重量％。所用稀土金属氧化物优选为氧化铈和氧化钕的混合物。为此，在将稀土金属氧化物加入四氯化钛中之前，需要将满足上述重量比的氧化铺和氧化钕混合。上述重量比具体指氧化铈与氧化钕的重量比为0.1: 1-5: 1，优选0.3: 1-3: 1，更优选 0.5: 1-2: I。稀土金属氧化物与四氯化钛的混合通常在密闭反应容器中进行。如果需要，所述混合也可在惰性气体如氮气气氛中进行。通常在室温下将所得稀土金属氧化物与四氯化钛的混合物加入水中，同时搅拌。合适的是，四氯化钛与水的重量比为1: 8-1: 15。控制加入稀土金属氧化物和四氯化钛的混合物的速度从而使四氯化钛与水的水解反应以可控方式温和地进行。加完后，继续搅拌以使四氯化钛继续水解30-90分钟。作为可选实施方案，也可依次将满足上述重量百分数和重量比的稀土金属氧化物和四氯化钛加入水中。作为可选实施方案，还可同时将满足上述重量百分数和重量比的稀土金属氧化物和四氯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛，其中稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数为0.1?12重量％，优选1?8重量％，更优选2?5重量％，稀土金属氧化物为氧化铈和氧化钕，氧化铈与氧化钕的重量比为0.1∶1?5∶1，优选0.3∶1?3∶1，更优选0.5∶1?2∶1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于义龙，纪志勇，李昊，耿雷，陶月明，徐瑞芬，
申请(专利权)人：江苏考普乐新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。