電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦光催化劑的方法
【專利摘要】本發明涉及一種電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦光催化劑的方法。首先采用現有已知技術方法制取二氧化鈦，然后在尿素溶液中加入所述的二氧化鈦粉末，室溫下攪拌24h；然后將上述懸浮液放置于電子束發生裝置中，使其經受一定劑量的電子束輻照，輻照劑量為70~280kGy；將輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品經洗滌、干燥，最終得到氮摻雜二氧化鈦光催化劑。本發明所得的氮摻雜二氧化鈦光催化劑，通過檢測證明其具有較高的可見光催化活性。另外，通過X光電子能譜（XPS）檢測，可以看出氮元素取代氧晶格摻雜進二氧化鈦中，其摻雜量為7.41%。
【專利說明】電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦光催化劑的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二氧化鈦光催化劑的方法，特別是一種電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦光催化劑的方法。
【背景技術】
[0002]光催化是有望發展成為直接利用太陽光和空氣中氧降解有毒有害污染物的一項綠色污染治理新技術。二氧化鈦具有光催化活性高、化學性質穩定、無毒無臭以及成本低廉的優勢，是最具發展潛力且研究得最多的光催化劑。然而，銳鈦礦型二氧化鈦的禁帶寬度為3.2 eV，其對應的吸收波長為387.5 nm，吸收波段局限于紫外光區，只能利用在太陽光中占39Γ5 %的紫外光，同時也限制了 T12光催化技術在室內的應用。因此，研制具有可見光活性的改性二氧化鈦光催化劑是提高太陽能利用率、推進光催化技術實用化進程的關鍵，并已成為光催化領域最重要和最具挑戰性的課題。
[0003]目前，使二氧化鈦具有可見光活性的改性方法主要有染料敏化、過渡金屬離子摻雜、貴金屬沉積以及非金屬離子摻雜等。自從2001年Asahi等報道用非金屬氮替換二氧化鈦中少量的晶格氧能使其不僅具有可見光活性而且還不損失其紫外光活性以來，氮、碳、硫、氟等非金屬摻雜型二氧化鈦光催化劑迅速引起了國內外學者的廣泛關注和研究，并被譽為第二代光催化材料。其中，氮摻雜二氧化鈦光催化劑的研究最受矚目。
[0004]目前二氧化鈦氮摻雜的方法主要有水解法、氣相滲入法、溶膠-凝膠法、機械力化學法、氣相沉積法等，均存在工藝復雜、制備時間長、成本高、制備過程中需使用高溫高壓等缺點。因此開發一種工藝簡單、易于控制的二氧化鈦氮摻雜制備方法，是研究光催化材料領域人士所要克服的難題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦的方法。
[0006]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦光催化劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.將二氧化鈦加入到0.1、.5mol/L的尿素溶液中配制成濃度為1(T50 g/L的懸浮液，室溫下攪拌18?24 h ；
b.將步驟a所得的懸浮液進行電子束輻照，輻照劑量為7(T280kGy ;將經過輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品分別用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥，最終得到氮摻雜二氧化鈦光催化劑。
[0007]本發明的特點是:利用電子束輻照，使二氧化鈦表面得到更多表面缺陷，從而有利于氮元素替換氧元素晶格，拓展二氧化鈦的光響應范圍，是該化合物具有良好的可見光催化活性。
[0008]本發明與現有技術相比，具有以下顯著優點:本發明工藝簡單，條件溫和，成本低廉；工藝過程中未涉及到有機溶劑，對環境友好；其所制備的氮摻雜二氧化鈦結晶良好，可見光催化性能良好，可用于環境污染廢水的處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦光催化劑的SM圖片。
[0010]圖2為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦光催化劑的--Μ圖片。
[0011]圖3為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦光催化劑的XRD圖譜。
[0012]圖4為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦光催化劑的XPS圖譜。
[0013]圖5為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦光催化劑與商用二氧化鈦光催化劑的光催化性能比較曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]現將本發明的具體實施例詳細敘述于后。
[0015]實施例
首先按照現有已知技術制取二氧化鈦(該技術方法可參考文獻:Chem.Commun.，2012，18，4250-4252.)
1、二氧化鈦的制備
將一定量的十八烷基胺(C18H39N)加入到無水乙醇中，然后加入去離子水，在室溫條件下混合均勻得到溶液A。另外，將一定量的鈦酸四正丁酯(C16H36O4Ti)加入到無水乙醇中，超聲混合均勻得溶液B。將溶液B與溶液A混合均勻，轉移至反應釜中，170°C條件下反應20小時；反應完畢后，將反應溶液自然冷卻至室溫；然后離心分離得固體樣品；然后分別用無水乙醇和去離子水反復洗滌此樣品。將洗滌后的樣品在60°C下真空干燥。最后將干燥后的樣品于350°C條件下煅燒3小時，得到二氧化鈦固體。
[0016]2、氮摻雜二氧化鈦光催化劑的制備
(1)稱取0.5g 二氧化鈦加入到10 mL 0.lmol/L的尿素溶液中，室溫下攪拌24 h ；
(2)將上述懸浮液放置于電子束發生裝置中，使其經受一定劑量的電子束輻照，輻照劑量為 140 kGy ；
(3)將輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品分別用去離子水和無水乙醇反復洗滌幾次；
(4)然后將產物在600C下真空干燥6小時；最終得到氮摻雜二氧化鈦光催化劑。
[0017]氮摻雜二氧化鈦光催化劑的性能測試:
準確稱量0.05g氮摻雜二氧化鈦光催化劑加入50ml羅丹明B溶液(10mg/L)中，然后超聲分散10 min ;所得懸浮液避光攪拌30 min使材料達到吸附平衡；平衡后取出4mL懸浮液置于5mL離心管中，將剩余懸浮液倒入50 mL石英管中，然后放入SGY-1 B型光催化反應儀中，向反應液中不斷通入空氣使催化劑一直懸浮于整個反應體系中；開啟350W氙燈照射，并在氙燈前放入濾波片，濾去波長〈400 nm的紫外光，每隔1min取4mL懸浮液置于5mL離心管中，總反應時間為SOmin ;反應結束，取出的各個樣品離心分離，去上清溶液用紫外-可見分光光度計測其在553nm左右的吸光度，從而反映各個降解時間段后溶液中剩余羅丹明B的濃度，以此來反映氮摻雜二氧化鈦光催化劑降解羅丹明B的效果。
[0018]參見附圖，圖1為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。SEM分析:采用日本電子株式會社JSM-6700F型高分辨掃描電子顯微鏡觀察材料的立體形貌。從SEM圖片可以看出:實施例中所得氮摻雜二氧化鈦呈均勻球狀，其大小約為400nm。
[0019]參見附圖，圖2為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片。TEM分析:采用日本電子株式會社JSM-2010F型透射電子顯微鏡觀察材料的形貌。從TEM圖片可以看出:實施例中所得氮摻雜二氧化鈦結晶良好，其表面粗糙，呈直徑約為400nm的球形。
[0020]參見附圖，圖3為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦材料的X射線衍射(XRD)譜圖。XRD分析:在日本Rigaku D/max-2550 X型射線衍射儀上進行；采用CuKa衍射。從圖3中可知，二氧化鈦衍射峰的位置與標準譜中銳鈦礦型二氧化鈦(JCPDS N0.21-1272)的衍射峰位置相一致，且在22°左右出現明顯氮摻雜的峰，證明結晶良好的氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦制備成功。
[0021]參見附圖，圖4為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦材料的X光電子能譜(XPS)譜圖。XPS分析:在美國Thermo Scientific K-Alpha X射線光電子能譜儀上進行。從圖4可知，實施例中制備的氮摻雜二氧化鈦材料中氮元素成功取代氧晶格摻雜到二氧化鈦中，從插圖可知氮元素的摻雜量為7.41%。
[0022]參見附圖，圖5為本發明實施例中所得氮摻雜二氧化鈦材料和商用二氧化鈦(P25)的光催化性能比較圖。從圖中可知，在可見光照射條件下，本實施例中所得的光催化劑在相同的時間內比商用二氧化鈦的降解效果高，證明其具有更高的可見光催化活性。
【權利要求】
1.一種電子束輻照制備氮摻雜二氧化鈦光催化劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.將二氧化鈦加入到0.1 "0.5 mol/L的尿素溶液中配制成濃度為1(T50 g/L的懸浮液，室溫下攪拌If 24 h ； b.將步驟a所得的懸浮液進行電子束輻照，輻照劑量為7(T280kGy ;將經過輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品分別用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥，最終得到氮摻雜二氧化鈦光催化劑。
【文檔編號】C02F1/30GK104128197SQ201410327600
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】程伶俐, 阮仲英, 王宇佳, 張少鋒, 崔海濤, 焦正, 丁國際 申請人:上海大學