制造以二氧化钛为基础的光催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造以二氧化钛为基础的含铁光催化剂的方法。制造所述光催化剂的具体方式是在水合氧化钛纳米颗粒的水性悬浮液中添加三价铁离子，而后沉淀氢氧化铁，将水合氧化钛与氢氧化铁的混合物分离并在至少为100℃的温度下对所述混合物进行热处理：按本发明专利技术方法制成的光催化剂在紫外线范围和可见光谱范围内均具有光活性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种制造以二氧化钛为基础的含铁光催化剂的方法。制造所述光催化剂的具体方式是在水合氧化钛纳米颗粒的水性悬浮液中添加三价铁离子，而后沉淀氢氧化铁，将水合氧化钛与氢氧化铁的混合物分离并在至少为100℃的温度下对所述混合物进行热处理：按本专利技术方法制成的光催化剂在紫外线范围和可见光谱范围内均具有光活性。【专利说明】
本专利技术涉及一种制造以二氧化钛为基础的在可见光下也具活性的含铁光催化剂的方法及该光催化剂的应用。
技术介绍
光催化材料是在光的作用下会形成电子空穴对并且这些电子空穴对在材料表面产生高反应性自由基的半导体。二氧化钛就是这样一种半导体。众所周知，用紫外线照射二氧化钛可以还原空气氧，将杂质氧化(矿化)成符合环保要求的最终产物，从而达到移除空气和水中的天然或人造杂质的目的。此外，二氧化钛的表面还会通过吸收紫外线而获得超亲水性。这就是镜面和窗玻璃上的二氧化钛薄膜具有除雾效应的原因所在。二氧化钛的一个重要缺点是以下事实:其只能利用太阳光中的紫外线，即只能对3%至4%的辐射加以利用，而且在漫射日光下要么完全没有催化活性，要么仅具有极其微弱的催化活性。因此，长期以来人们尝试对二氧化钛进行改性，使得具光化作用的太阳光中的主要部分(400nm至700nm左右的可见光谱范围)也能被二氧化钛用来产生上述现象。一个能使TiO2在日光下具有光催化活性的途径是通过还原Ti4+来在TiO2晶格中产生氧空位。另一个途径是掺杂非金属如氮、碳或硫。掺杂金属如钒、铬、钼等等亦属已知技术。但这些研发成果中的部分需要以复杂的制造工艺如离子注入或等离子体处理作支撑。此外还已知，含有铁组分的二氧化钛颗粒在可见光下也具有改善的光催化活性。以往已公开过多种不同的制造含铁二氧化钛光催化剂的方法。EP0666107B1揭示一种含铁量为5ppm至10wt%的二氧化钛光催化剂。这种光催化剂是通过水解包含溶解钛化合物和溶解铁化合物的水溶液而制成。EP1036593A1揭示一种掺杂三价铁和等摩尔量的五价离子的光催化剂，这种光催化剂同样是通过水解溶解在溶剂中的单组分、而后再进行干燥和烧结处理而制成。US2007/0193875A1揭示一种制造掺杂铁离子的二氧化钛光催化剂的方法，其中对各前体化合物(例如各氯化物)的混合物进行渗析以移除氯离子，随后将由此产生的产物干燥并煅烧。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制造以二氧化钛为基础的在可见光谱范围内具有活性的含铁光催化剂的低成本新方法。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为一种，其包括下列步骤:-提供包含水合氧化钛纳米颗粒的水性悬浮液-添加三价铁离子-沉淀氢氧化铁-分离包括水合氧化钛和氢氧化铁的混合物-在至少为100°C的温度下对该混合物进行热处理。本专利技术其他的有益实施方案包含在从属权利要求中。本专利技术涉及一种制造以二氧化钛为基础的在可见光谱范围内具有有效活性的含铁光催化剂的方法，该方法简单且成本较低，此外还涉及所述光催化剂在分解液体和气体中的杂质和有害物质以及光电池表面和光电池内部的杂质和有害物质以及分解水方面的应用。下文所揭示的所有关于pH值、温度、重量百分比浓度等等的数据均应理解成，所有处于本领域技术人员所熟知的精度范围的值都一并包括在内。本专利技术方法的第一步骤包括提供包含水合氧化钛纳米颗粒的水性悬浮液。在下文中，水合氧化钛也指偏钛酸、水合钛氧化物(Ti tanoxyhy drat)、钛水合物、氢氧化钛、无定形二氧化钛或氧化钛、含水二氧化钛或含水氧化钛。纳米颗粒是指一次粒径小于IOOnm的颗粒。所述水合氧化钛例如可在制造二氧化钛时按硫酸盐法或氯化物法而产生，其中通过水解硫酸氧钛或氯化氧钛沉淀水合氧化钛。所述水合氧化钛优选为无定形至微晶。一次粒径特定而言低于IOnm (从电子显微图像中测定)。如果所述水合氧化钛产生自硫酸盐法，则优选在制造所述悬浮液之前对其进行清洗。所述悬浮液优选具有最高10wt%的SO3含量，优选4wt%至7wt%的SO3含量。该悬浮液的铁含量优选低于IOOppm,特定而言低于50ppm,特别优选低于20ppm。在本专利技术的其他实施方案中，该悬浮液的PH值最高约为7。本专利技术方法的第二步骤包括在所述悬浮液中添加三价铁离子。以水溶性无机铁化合物或短链有机铁化合物(例如硫酸铁或草酸铁的溶液)的形式添加铁离子。在本专利技术的实施方案中，可以使用包含二价铁的水溶性盐，其中先用氧化剂(例如H2O2)将处于溶解状态的该盐(例如硫酸亚铁)定量氧化成硫酸铁，而后再添加到悬浮液中。所述硫酸亚铁例如可以是七水合硫酸亚铁，七水合硫酸亚铁是在开采铁钛矿时利用硫酸盐法制造二氧化钛的过程中作为所谓的绿盐产生的。就铁对TiO2的比例而言，三价铁离子的添加量优选为0.05wt%至5wt%，特定而言为0.05wt%至3wt%,特别优选为0.05wt%至lwt%。本专利技术方法的第三步骤包括沉淀氢氧化铁。优选用合适的pH调控物质(例如碱液如NaOH或酸如H2SO4)将所述悬浮液的pH值调节至6至8，并定量沉淀氢氧化铁。沉淀时的温度优选为20°C至80°C。本专利技术方法的第四步骤包括分离水合氧化钛与氢氧化铁的混合物。优选以过滤方式实现这一分离。相关方法如真空板过滤(Vakuumplattenfiltration)或真空平面过滤器过滤(Vakuumplanfilterfiltration)为本领域技术人员所熟知。优选清洗滤饼。最后，该滤饼优选具有一或多个下述特征=SO3含量最高为1.5wt%，优选小于0.3wt%0钠含量最高为0.lwt%，优选小于0.05wt%。电导率最高为5mS/cm。湿度最高为70wt%，优选小于65wt%。本专利技术方法的第五步骤包括在100°C及以上的温度下对所述包含水合氧化钛和氢氧化铁的混合物进行热处理。所述温度优选为100°c至900°C，特定而言为100°C至400°C。所述热处理可以在常规设备如流化床设备、喷雾干燥器或回转炉中进行。若在100°C至150°C左右的温度下进行热处理，就优选在流化床设备或喷雾干燥器中实施该热处理。在所述方法的实施方案中，可分两级实施所述热处理，即首先在大约100°C下进行干燥。所述滤饼的残余湿度在干燥之后优选为3wt%至10wt%,特定而言为5wt%至7wt%。按本专利技术方法制成的光催化剂优选具有约为25m2/g至300m2/g的BET表面积。如本领域技术人员所知，产物的比表面积可以用热处理的温度来施加影响，其中比表面积随温度升高而减小。按本专利技术方法制成的光催化剂在紫外线范围和可见光谱范围内均具有光活性，且特别适合用来分解液体和气体中的有害物质以及适用于内外部区域的自清洁表面。所述光催化剂还可应用于光电池和光解。【具体实施方式】下面借助实例对本专利技术进行说明；但本专利技术不限于此。实例I在经过温度调节的双护套容器(40°C)中将生产二氧化钛时按硫酸盐法产生的水合氧化钛和90L水制成包含300g/L TiO2的悬浮液。在单独的容器内将1.33kg 二价铁含量为17.8wt%的七水合硫酸亚铁(绿盐)溶解于5.2L水中，边搅拌边添加274g浓度为30%的H2O2溶液，借此将二价铁定量氧化成三价铁。边搅拌边将6.8kg含三价铁的溶液添加到水合氧化钛悬浮液中。随后通过添加N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡特亚·夏夫，米歇尔·史密特，
申请(专利权)人：克洛诺斯国际有限公司，
类型：
国别省市：