專利名稱：一種光催化型光導(dǎo)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的光催化型光導(dǎo)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦光催化材料在空氣凈化、飲用水消毒和工業(yè)廢物的處理等方面有著非常廣泛的應(yīng)用前景，因而引起了世界各國(guó)政府和科學(xué)家們的普遍重視。但其粉末狀光催化劑在使用過(guò)程中存在分離與回收困難以及產(chǎn)生二次污染等問題，因而薄膜光催化劑逐漸成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。通常固定技術(shù)存在著影響催化活性、固定在載體上的催化劑量少且易脫落以及光利用率低等缺點(diǎn)，因此制備出具有高催化活性的納米TiO2及其固定技術(shù)已成為納米TiO2光催化材料研究的一個(gè)重要方面，是其實(shí)用化的關(guān)鍵?！爸袊?guó)專利200610048742. 7”公布了一種玻璃纖維負(fù)載光催化劑的制備方法，屬于光催化技術(shù)。具有方法簡(jiǎn)便、負(fù)載的催化劑不易脫落、光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，適用于空氣中有機(jī)污染物、臭氣等的光催化凈化處理?！爸袊?guó)專利200710173058. 6”公布了一種具有可見光光催化活性的二氧化鈦光催化劑。具有較高二氧化鈦光催化反應(yīng)的量子產(chǎn)率和更為寬泛的光相應(yīng)范圍(即“紅移”)，為二氧化鈦光催化技術(shù)進(jìn)入實(shí)用性階段奠定了基礎(chǔ)?！爸袊?guó)專利200510064453”公布了一種納米二氧化鈦涂層液及其制備方法，該涂層液為一種水溶性涂層液，包含有粒徑小于20nm的TiO2顆粒和無(wú)機(jī)水性黏附分散劑，可在各種基材表面形成的強(qiáng)固的薄膜，可用于抗菌自潔及除異味等多種用途?！爸袊?guó)專利201010115236”公布了一種鎢摻雜銳鈦礦型納米二氧化鈦復(fù)合粉末的制備方法，采用溶膠-凝膠和水熱法結(jié)合得到鎢摻雜銳鈦礦型納米二氧化鈦復(fù)合粉末。具有成本低、純度高、工藝簡(jiǎn)單、且粉末具有高可見光光催化活性的特點(diǎn)?！爸袊?guó)專利200510095107”公布了一種彌散光纖表面負(fù)載納米二氧化鈦光催化膜的制備方法，其特征在于取外包層為硅橡膠的彌散光纖，在其表面涂覆二氧化硅膜，再將涂覆有二氧化娃膜的彌散光纖置于二氧化鈦溶膠中浸潰10 60分鐘,然后以I 50毫米/分鐘的速度提膜，最后在100 200°C保持0. 5 2小時(shí)即可在彌散光纖表面負(fù)載上納米二氧化鈦光催化膜。該方法簡(jiǎn)單、成本低、成膜質(zhì)量高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高效光催化性和高負(fù)載量的光催化型光導(dǎo)材料的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)配制原驅(qū)液按體積比將16% 23%的鈦酸丁酯和4% 7%的二乙醇胺加入到70% 80%的無(wú)水乙醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量1% 3%的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液；2)配制滴加液按體積比將8% 15%的水加入到85% 92%的無(wú)水乙醇中，攪拌至充分混合得到滴加液；3)制備納米TiO2溶膠在強(qiáng)烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為8 10% ;4)表面處理將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干；5)涂敷納米TiO2將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以450 600°C溫度煅燒6 8小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維。所述的水為去離子水或蒸餾水。本發(fā)明以高硅氧纖維為載體，將摻雜釹的納米二氧化鈦負(fù)載于高硅氧纖維表面，制成一種具有高效光催化性和高負(fù)載量的光導(dǎo)材料。這種材料具有節(jié)能高效雙重效果。稀土金屬釹摻雜于納米Ti02體系中是為了提高納米Ti02的光催化性能，拓寬納米Ti02的光響應(yīng)范圍；選用高硅氧光導(dǎo)纖維作為載體材料，一方面實(shí)現(xiàn)了納米Ti02的固定，更主要的是想利用高硅氧光導(dǎo)纖維的光導(dǎo)特性，將激發(fā)納米Ti02光催化性能的光源，可以由高硅氧光導(dǎo)纖維導(dǎo)入，并沿其傳導(dǎo)，這樣可以使涂敷于纖維表面的納米Ti02充分與光接觸，從而最大程度的發(fā)揮納米Ti02的光催化性能。高硅氧光導(dǎo)纖維是一種把光能閉合在纖維中，產(chǎn)生導(dǎo)光作用的光學(xué)復(fù)合材料。它把以光的形式出現(xiàn)的電磁波能量利用全反射的原理約束在其界面內(nèi)，并引導(dǎo)光波沿著光纖軸線的方向前進(jìn)，光纖的傳輸特性由其結(jié)構(gòu)和材料決定。它的光導(dǎo)特性可最大程度的利用光對(duì)催化劑的引發(fā)能力，從而提高其表面負(fù)載催化劑的光催化性能。高硅氧光導(dǎo)纖維具有良好的透光透氣性、大的比表面積、耐高溫處理、抗腐蝕、結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定、對(duì)人體沒有危害等優(yōu)點(diǎn)，是理想的催化劑載體材料。而由于他具有較大的比表面積，作為載體大大提高了催化劑在其表面的載敷量，解決了催化劑在載體上載敷量小的難題。納米二氧化鈦的光催化特性使其在廢水處理、空氣凈化、水面油污處理、殺滅細(xì)菌等環(huán)保領(lǐng)域具有潛在的或現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。稀土元素釹離子摻雜抑制二氧化鈦晶相由銳鈦礦向金紅石相轉(zhuǎn)變，由于稀土元素 釹具有不完全占有的4f軌道和空的5d軌道，具有全充滿或半充滿電子構(gòu)型的離子會(huì)使捕獲的電子容易釋放出來(lái)，從而延長(zhǎng)光生電子-空穴的壽命，從而提高了 TiO2的光催化活性。本發(fā)明采用了高硅氧光導(dǎo)纖維來(lái)負(fù)載摻雜釹的納米二氧化鈦。摻雜釹離子可改變TiO2晶體的電荷密度分布，形成晶格缺陷或改變晶格類型，從而影響光生電子一空穴的運(yùn)動(dòng)狀況、調(diào)整其分布狀態(tài)或改變其能帶結(jié)構(gòu)，最終提高納米TiO2的光催化性能。利用高硅氧光導(dǎo)纖維的光導(dǎo)特性，紫外線可以完全穿透納米二氧化鈦薄膜，使其對(duì)紫外線進(jìn)行無(wú)衰減的吸收，并且聞娃氧纖維具有較聞的比表面積，可提聞慘欽納米_ 氧化欽的負(fù)載量。因此采用高硅氧纖維為載體，既使二氧化鈦的光催化性能最大程度的被引發(fā)又提高了其表面二氧化鈦的光催化利用率。
圖1，2是本發(fā)明制備的光催化型光導(dǎo)纖維的SEM照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例I :I)配制原驅(qū)液按體積比將16%的鈦酸丁酯和5%的二乙醇胺加入到79%的無(wú)水乙醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量I %的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液；2)配制滴加液按體積比將8%的蒸餾水加入到92%的無(wú)水乙醇中，攪拌至充分混合得滴加液；3)制備納米TiO2溶膠在劇烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為9% ；4)表面處理將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干；5)涂敷納米TiO2將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以450°C溫度煅燒8小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維(參見圖1，2)。實(shí)施例2 I)配制原驅(qū)液按體積比將20%的鈦酸丁酯和4%的二乙醇胺加入到76%的無(wú)水乙醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量2%的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液；2)配制滴加液按體積比將15%的蒸餾水加入到85%的無(wú)水乙醇中，攪拌至充分混合得滴加液；3)制備納米TiO2溶膠在劇烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為10% ；4)表面處理將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干；5)涂敷納米TiO2將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以500°C溫度煅燒7. 5小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維。實(shí)施例3 I)配制原驅(qū)液
按體積比將22%的鈦酸丁酯和6%的二乙醇胺加入到72%的無(wú)水乙醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量3%的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液；2)配制滴加液按體積比將10%的蒸餾水加入到90%的無(wú)水乙醇中，攪拌至充分混合得滴加液；3)制備納米TiO2溶膠在劇烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為8% ；4)表面處理將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干；5)涂敷納米TiO2將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以550°C溫度煅燒7小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維。實(shí)施例4 I)配制原驅(qū)液按體積比將23%的鈦酸丁酯和7%的二乙醇胺加入到70%的無(wú)水乙醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量I. 5%的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液；2)配制滴加液按體積比將12%的蒸餾水加入到88%的無(wú)水乙醇中，攪拌至充分混合得滴加液；3)制備納米TiO2溶膠在劇烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為9. 5% ;4)表面處理將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干；5)涂敷納米TiO2將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以600°C溫度煅燒6小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維。實(shí)施例5:I)配制原驅(qū)液按體積比將16%的鈦酸丁酯和4%的二乙醇胺加入到80%的無(wú)水乙醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量2. 5%的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液；
2)配制滴加液按體積比將13%的蒸餾水加入到86%的無(wú)水乙醇中，攪拌至充分混合得滴加液；3)制備納米TiO2溶膠在劇烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為8. 5% ;4)表面處理將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干；5)涂敷納米TiO2將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以570°C溫度煅燒6. 5小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維。所制備的負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維不僅實(shí)現(xiàn)了納米TiO2的固定化，解決了粉末狀光催化劑在使用過(guò)程中存在分離與回收困難以及產(chǎn)生二次污染等問題；還由于所選用的高硅氧纖維具有較高的比表面積，因此大大提高了對(duì)納米TiO2的載敷量；由于載體材料高硅氧纖維的光導(dǎo)性能，最大程度的利用光對(duì)催化劑的引發(fā)能力，從而提高納米TiO2光催化性能。光催化性能采取降解甲基橙進(jìn)行了測(cè)試，將負(fù)載摻釹納米二氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維和負(fù)載納米TiO2的玻璃載玻片，放入50ml濃度20mg/L的甲基橙溶液中，紫外燈照射2h后分離測(cè)其吸光度，計(jì)算兩者對(duì)甲基橙的降解率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者對(duì)甲基橙具有較聞的降解能力，比后者提聞了 30%。
權(quán)利要求
1.一種光催化型光導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)配制原驅(qū)液 按體積比將16% 23%的鈦酸丁酯和4 0Z0 7%的ニこ醇胺加入到70% 80%的無(wú)水こ醇中充分混合得混合溶液，再向混合溶液中加入混合溶液質(zhì)量1% 3%的硝酸釹，然后充分?jǐn)嚢璧迷?qū)液； 2)配制滴加液 按體積比將8% 15%的水加入到85% 92%的無(wú)水こ醇中，攪拌至充分混合得滴加液； 3)制備納米TiO2溶膠 在劇烈攪拌下，向原驅(qū)液中滴入滴加液，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌制得透明納米TiO2溶膠，其中滴加液的體積百分比為8 10% ; 4)表面處理 將高硅氧光導(dǎo)纖維進(jìn)行超聲清洗，烘干，再將其浸入強(qiáng)堿溶液中，之后再進(jìn)行超聲清洗，烘干； 5)涂敷納米TiO2 將高硅氧光導(dǎo)纖維浸入納米TiO2溶膠中，真空浸潰并烘干，將烘干后的高硅氧光導(dǎo)纖維置于馬福爐中以450 600°C溫度煅燒6 8小時(shí)，得到負(fù)載摻釹納米ニ氧化鈦的高硅氧光導(dǎo)纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光催化型光導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于所述的水為去離子水或蒸餾水。
全文摘要
一種光催化型光導(dǎo)材料的制備方法，采用溶膠-凝膠的方法，制備摻雜釹的納米二氧化鈦，擴(kuò)大了其光響應(yīng)范圍。用高硅氧光導(dǎo)纖維做載體，并采用真空浸漬與溶膠凝膠相結(jié)合的方法將改性的納米二氧化鈦涂覆于高硅氧光導(dǎo)纖維的表面，制成具有光催化性能的光導(dǎo)材料。實(shí)現(xiàn)了納米TiO2的固定化，解決了粉末狀光催化劑在使用過(guò)程中存在分離與回收困難以及產(chǎn)生二次污染等問題；高硅氧纖維具有較高的比表面積，大大提高對(duì)納米TiO2的載敷量；由于載體材料高硅氧纖維的光導(dǎo)性能，可最大程度的利用光對(duì)催化劑的引發(fā)能力，從而提高納米TiO2光催化性能。
文檔編號(hào)B01J23/10GK102626614SQ20121007625
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者孫晶晶, 彭莉, 樊英鴿, 王保和, 黃鳳萍 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)