一種雙稀土元素La和Y摻雜TiO₂光催化劑的制備方法

專利名稱：一種雙稀土元素La和Y摻雜TiO₂光催化劑的制備方法
技術領域：
本發明屬于納米光催化劑的制備及其應用，特別提出了一種雙稀土元素La和Y摻雜1102光催化劑的制備方法。
背景技術：
1102光催化技術由于其具有無毒、反應條件溫和、氧化能力強等優點，在難降解有機污染物的處理方面受到了廣泛的重視。人們對光催化做了大量的研究工作，但以下兩個問題卻成為限制光催化應用于工業化過程的瓶頸一是光生電子和空穴容易復合，光催化量子效率低；二是1102的帶隙能較寬，只能被波長較短的紫外光激發，太陽能利用率較低。故如何提高光催化效率以及拓展吸收光譜是光催化研究領域具的難題。為此人們使用各種手段對1102進行表面改性。 鑒于稀土氧化物具有多晶型、強吸附性、穩定性，且稀土元素的氧化物具有復雜的能帶結構，當Ti02中加入適量的稀土可以有效的擴大光譜響應范圍。近年來，有關稀土元素對Ti02進行摻雜改性的研究也取得了關鍵性進展，仍存在很大的研究空間。尤其是雙稀土元素改性的研究很少。

發明內容
針對1102光催化劑的局限性，本發明制備了一種由雙稀土元素摻雜的新型納米1102光催化劑，并用于亞甲基藍染料的光催化降解，有較高的光催化活性。催化劑易于制備、易于分離。 本發明采用溶膠_凝膠法制備稀土 La和Y共摻雜納米Ti02光催化劑(簡稱La-Y/Ti02)，并用染料亞甲基藍溶液的降解來評價光催化劑的活性。
催化劑的制備 —種雙稀土元素La和Y摻雜的納米Ti02光催化劑的制備方法，步驟如下
1)稱取硝酸鑭和硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入無水乙醇和水，用硝酸調節pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液； 2)量取鈦酸四丁酯緩慢倒入無水乙醇中，加入冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液； 3)在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化得到透明凝膠； 4)將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得到干凝膠，研磨成粉，最后置于馬弗爐內焙燒，得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti02 ; 各原料的質量份數比為鈦酸四丁酯硝酸鑭硝酸釔=34 42 : O. 2165 0. 433 : 0. 0957 0. 3064 ; 鈦酸四丁酯無水乙醇冰醋酸水(質量份數比)=34 42 : 53
78 : 2. 1 4. 2 : 7. 2 8 ;
其中步驟3)的靜置陳化時間為12 48小時。 其中步驟4)馬弗爐內焙燒溫度為40(TC 700°C ;焙燒時間為3 6h。
光催化活性的測試 通過光催化降解染料亞甲基藍來評價光催化活性。稱取一定量催化劑，光源為100W的高壓汞燈。亞甲基藍水溶液初始濃度為20mg *L—、每隔20min后取5 7mL的反應液，離心分離取上層清液，分光光度計測定其吸光度，測定波長為665nm。以溶液的脫色率D來評價光催化劑活性的高低，脫色率越高，催化劑活性越高。脫色率計算公式為
D = (A0-At) /A0 X 100 % D-脫色率；A。_未加催化劑時溶液的吸光度；At_光照tmin后溶液的吸光度。
本發明采用溶膠凝膠法制備了雙稀土元素摻雜納米Ti02光催化劑，并用亞甲基藍溶液的降解實驗測定其光催化活性。制備工藝簡單，光催化降解速度明顯高于P-25納米Ti02。
具體實施例方式
催化劑的制備 實施例1 稱取O. 2165g的硝酸鑭和O. 0957g硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入26. 5g無水乙醇和7. 2g水，用硝酸調節pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液。量取34g的鈦酸四丁酯緩慢倒入26. 5g無水乙醇中，加入2. lg的冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液。在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化24h后得透明凝膠。將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得干凝膠，研磨成粉，在60(TC下焙燒4h，得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti02，該催化劑記作a，催化劑為球形或類球形，晶型為銳鈦礦相，顆粒平均粒徑為50-70nm。
實施例2 稱取0. 3464g的硝酸鑭和0. 1914g硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入34g無水乙醇和5g水，用硝酸調節pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液。量取39g的鈦酸四丁酯緩慢倒入34g無水乙醇中，加入2. 8g的冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液。在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化36h后得透明凝膠。將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得干凝膠，研磨成粉，在70(TC下焙燒3h，得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti(^，該催化劑記作b，催化劑晶型為銳鈦礦相，平均粒徑為50-70nm。
實施例3 稱取0. 433g的硝酸鑭和0. 3064g硝酸釔晶體，置于燒杯中，加入38g無水乙醇和8g水，用硝酸調節pH至2 3，攪拌至完全溶解，即制得A液。量取42g的鈦酸四丁酯緩慢倒入38g無水乙醇中，加入4. 2g的冰醋酸作為抑制劑，磁力攪拌，即制得B液。在磁力攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化48h后得透明凝膠。將凝膠在6(TC恒溫干燥箱干燥得干凝膠，研磨成粉，在40(TC下焙燒6h。得到La和Y共摻雜Ti02納米催化劑La-Y/Ti02。該催化劑記作c，晶型為銳鈦礦相。
2.光催化活性測試
實施例1
稱取0. 2g催化劑a，加入到初始濃度為20mg L—1的亞甲基藍水溶液中，用光源為 100W的高壓汞燈照射。每隔20min取5 7mL的反應液，離心分離取上層清液，用分光光度 計測定其在665nm處的吸光度，光照60min后亞甲基藍溶液的脫色率為98%，光照lOOmin 后亞甲基藍溶液的脫色率為100%。相同條件下以P-25作催化劑，60min后亞甲基藍溶液 的脫色率為42%， lOOmin后亞甲基藍的脫色率為80%。
實施例2 稱取0. 2g催化劑b，加入到初始濃度為20mg L—1的亞甲基藍水溶液中，用光源為 100W的高壓汞燈照射。每隔20min取5 7mL的反應液，離心分離取上層清液，用分光光度 計測定其在665nm處的吸光度，光照60min后亞甲基藍溶液的脫色率為56%，光照120min 后亞甲基藍溶液的脫色率為99%。相同條件下以P-25作催化劑，60min后亞甲基藍溶液的 脫色率為42%， 120min后亞甲基藍的脫色率為90%。
實施例3 稱取0. 2g催化劑c，加入到初始濃度為20mg L—1的亞甲基藍水溶液中，用光源為 100W的高壓汞燈照射。每隔20min取5 7mL的反應液，離心分離取上層清液，用分光光度 計測定其在665nm處的吸光度，光照60min后亞甲基藍溶液的脫色率為58%， 120min后亞 甲基藍溶液的脫色率為97%。相同條件下以P-25作催化劑，60min后亞甲基藍溶液的脫色 率為42%，120min后亞甲基藍的脫色率為90%。 本發明并不局限于實施例中所描述的技術，它的描述是說明性的，并非限制性的。 本發明的權限由權利要求所限定，基于本技術領域人員依據本發明所能夠變化、重組等方 法得到的與本發明相關的技術，都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種雙稀土元素La和Y摻雜的納米TiO2光催化劑(La-Y/TiO2)的制備方法，其特征是步驟如下1)取硝酸鑭和硝酸釔晶體，加入無水乙醇和水，用硝酸調節pH至2～3，攪拌至完全溶解，即制得A液；2)量取鈦酸四丁酯緩慢倒入無水乙醇中，加入冰醋酸作為抑制劑，攪拌混勻，即制得B液；3)在攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化得到透明凝膠；4)將凝膠在60℃恒溫干燥箱干燥得到干凝膠，研磨成粉，最后置于馬弗爐內焙燒，得到La和Y共摻雜TiO2納米催化劑La-Y/TiO2；各原料的質量份數比為鈦酸四丁酯∶硝酸鑭∶硝酸釔＝34～42∶0.2165～0.433∶0.0957～0.3064；鈦酸四丁酯∶無水乙醇∶冰醋酸∶水＝34～42∶53～78∶2.1～4.2∶7.2～8。
2. 如權利要求1所述的制備方法，其特征是步驟3)的靜置陳化時間為12 48小時。
3. 如權利要求1所述的制備方法，其特征是步驟4)馬弗爐內焙燒溫度為40(TC 7Q0。C ;焙燒時間為:3 6h。
全文摘要
本發明提出了一種采用溶膠-凝膠法制備雙稀土元素La和Y摻雜TiO2光催化劑的方法。將硝酸鑭和硝酸釔晶體與乙醇、水混合后，用硝酸調節pH至2～3，攪拌至完全溶解，制得A液。將鈦酸四丁酯緩慢倒入無水乙醇中，加入冰醋酸作為抑制劑，攪拌溶解，制得B液。攪拌下，將A液以每秒1滴的速度滴入B液后再攪拌30min，靜置陳化得到透明凝膠。將凝膠在60℃恒溫干燥得到干凝膠，研磨成粉，最后置于馬弗爐內在400～700℃焙燒3～6h，得到La和Y共摻雜的TiO2納米光催化劑La-Y/TiO2。用染料亞甲基藍溶液的降解實驗測定了本發明制備的光催化劑La-Y/TiO2的光催化活性。制備工藝簡單，光催化降解速度明顯高于P-25納米TiO2。
文檔編號B01J37/00GK101721990SQ20091022897
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月4日 優先權日2009年12月4日
發明者史慧賢, 張天永, 楊秋生 申請人:天津大學