一種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可見光光催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，環境污染日益嚴重，尤其是對水體的污染，納米二氧化鈦由于具有良好的光催化活性，并且具有無毒、化學穩定性高、無二次污染等優點，在光催化處理污水領域得到廣泛研究。此外，二氧化鈦的帶隙較寬，只能吸收紫外光，而紫外光只占到太陽能總能量的約4%，因此，對太陽光的利用率較低。而黑色的二氧化鈦可以大大增強對可見光和近紅外光的吸收。但是，由于納米二氧化鈦粉體易流失，不易回收多次利用。而水熱法制備的一維二氧化鈦納米棒陣列，可有效解決二氧化鈦作為光催化劑使用的問題，而且可以用作太陽能電池等光電轉化材料，通過外置正向偏壓，可以顯著提高光生電子和空穴的分離效率，從而光電協同催化可以顯著提高有機污染物的降解速率。
【發明內容】
[0003]本發明是要解決現有方法制備的二氧化鈦對太陽光的利用率低及二氧化鈦作為催化劑的電荷傳輸效率低的技術問題，提供一種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法。
[0004]—種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法，是按以下方法制備的:
[0005]—、制備混合液:將氯化錢溶解到異丙醇中，再在攪拌速度為15r/min?30r/min下攪拌Imin?lOmin，再加入鈦源，再在攪拌速度為15r/min?30r/min下攪拌1min?50min，再加入質量分數為25%?28%的氨水，再在攪拌速度為15r/min?30r/min下攪拌Imin?lOmin，得到混合溶液；
[0006]步驟一中所述的氯化錢的質量與異丙醇的體積比為Ig: (0.5mL?10mL)；
[0007]步驟一中所述的氯化銨的質量與鈦源的體積比為Ig: (0.005mL?5mL)；
[0008]步驟一中所述的氯化銨的質量與質量分數為25 %?28 %的氨水的體積比為Ig: (0.5mL ?10mL)；
[0009]二、將步驟一中得到的混合溶液加入到反應釜中，再將反應釜在溫度為100°C?300 °C下反應48h?96h，得到反應液；
[0010]三、洗滌干燥:首先使用去離子水對步驟二中得到的反應液清洗4次?6次，再使用無水乙醇對反應液清洗4次?6次，再在離心速度為3500r/min?4500r/min下離心分離3min?6min，去除上清液，得到粉體；將粉體在溫度為50°C?80°C下干燥12h?48h，得到干燥后的粉體；
[0011]四、球磨:將步驟四中得到的干燥后的粉體和硼氫化鈉混合，得到混合粉體；將混合粉體研磨5min?50min，得到研磨后的混合粉體；將研磨后的混合粉體置于球磨罐內，按球料質量比為(I?2):1的比例放入磨球，再在200r/min?400r/min的球磨速度下球磨5min?35min，得到球磨后的粉體；
[0012]步驟四中所述的干燥后的粉體與硼氫化鈉的質量比為1: (2?7);
[0013]五、煅燒:將步驟四中得到的球磨后的粉體在惰性氣體氣氛下以1°C /min?10C /min的升溫速率從室溫升溫至100 °C?500 °C，再在惰性氣體氣氛和溫度為100 °C?500°C下保溫20min?200min，再冷卻至室溫，得到煅燒后的粉體；
[0014]六、洗滌干燥:首先使用去離子水對步驟五得到的煅燒后的粉體清洗4次?6次，再使用無水乙醇對煅燒后的粉體清洗4次?6次，再在離心速度為3500r/min?4500r/min下離心分離3min?6min，去除上清液，得到清洗后的煅燒粉體；將清洗后的煅燒粉體在溫度為50°C?80°C下干燥12h?48h，得到黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑。
[0015]本發明的原理:
[0016]本發明步驟三得到的干燥后的粉體為白色二氧化鈦納米棒，硼氫化鈉為還原劑，白色二氧化鈦納米棒在加入硼氫化鈉后把Ti4+還原為Ti 3+，通入惰性氣體后，防止空氣氧化，這樣在二氧化鈦表面形成大量Ti3+，因而呈現為黑色二氧化鈦；一般情況下，二氧化鈦為白色納米粒子，只能吸收小于420nm的紫外光，而紫外光只占到太陽能總能量的4%，本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑可以吸收紫外、可見、近紅外光，因而提高了對太陽光的利用率；一般的二氧化鈦納米粒子它的電荷傳輸性能較差，而本發明制備的黑二氧化鈦可見光光催化劑為棒狀，它有利于光生電子和空穴發生有效分離，這種棒狀結構具有很大的表面-體積比，增加了表面反應位點，能調節催化活性，因而提高了電荷傳輸效率。
[0017]本發明的優點:
[0018]—、本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑可有效去除有機污染物，電荷傳輸效率尚，因而具有良好的光電性能；
[0019]二、本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光催化劑，具有高穩定性，相對價格較低，光催化活性高、無毒、無二次污染的優點，可以重復利用，易回收；
[0020]三、本發明方法制備工藝簡單，實驗設備簡單，操作簡便；
[0021]四、本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光催化劑降解羅明丹B的降解率大于94% ；
[0022]五、本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑為棒狀，尺寸為150nm?300nm ；
[0023]六、本發明適合大規模生產。
[0024]本發明可獲得一種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法。
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例一制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的SEM譜圖；
[0026]圖2為實施例一制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的XRD譜圖；
[0027]圖3為紫外可見漫反射光譜圖，圖3中I為實施例一制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的紫外可見漫反射光譜圖，2為白色二氧化鈦的紫外可見漫反射光譜圖；
[0028]圖4為實施例一制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的光催化降解圖；
[0029]圖5為實施例一制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的數碼照片圖。
【具體實施方式】
[0030]【具體實施方式】一:本實施方式是一種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法是按以下方法制備的:
[0031]—、制備混合液:將氯化錢溶解到異丙醇中，再在攪拌速度為15r/min?30r/min下攪拌Imin?lOmin，再加入鈦源，再在攪拌速度為15r/min?30r/min下攪拌1min?50min，再加入質量分數為25%?28%的氨水，再在攪拌速度為15r/min?30r/min下攪拌Imin?lOmin，得到混合溶液；
[0032]步驟一中所述的氯化錢的質量與異丙醇的體積比為Ig: (0.5mL?10mL)；
[0033]步驟一中所述的氯化錢的質量與鈦源的體積比為Ig: (0.005mL?5mL)；
[0034]步驟一中所述的氯化銨的質量與質量分數為25 %?28 %的氨水的體積比為Ig: (0.5mL ?10mL)；
[0035]二、將步驟一中得到的混合溶液加入到反應釜中，再將反應釜在溫度為100°C?300 °C下反應48h?96h，得到反應液；
[0036]三、洗滌干燥:首先使用去離子水對步驟二中得到的反應液清洗4次?6次，再使用無水乙醇對反應液清洗4次?6次，再在離心速度為3500r/min?4500r/min下離心分離3min?6min，去除上清液，得到粉體；將粉體在溫度為50°C?80°C下干燥12h?48h，得到干燥后的粉體；
[0037]四、球磨:將步驟四中得到的干燥后的粉體和硼氫化鈉混合，得到混合粉體；將混合粉體研磨5min?50min，得到研磨后的混合粉體；將研磨后的混合粉體置于球磨罐內，按球料質量比為(I?2):1的比例放入磨球，再在200r/min?400r/min的球磨速度下球磨5min?35min，得到球磨后的粉體；
[0038]步驟四中所述的干燥后的粉體與硼氫化鈉的質量比為1: (2?7);
[0039]五、煅燒:將步驟四中得到的球磨后的粉體在惰性氣體氣氛下以1°C /min?10C /min的升溫速率從室溫升溫至100 °C?500 °C，再在惰性氣體氣氛和溫度為100 °C?500°C下保溫20min?200min，再冷卻至室溫，得到煅燒后的粉體；
[0040]六、洗滌干燥:首先使用去離子水對步驟五得到的煅燒后的粉體清洗4次?6次，再使用無水乙醇對煅燒后的粉體清洗4次?6次，再在離心速度為3500r/min?4500r/min下離心分離3min?6min，去除上清液，得到清洗后的煅燒粉體；將清洗后的煅燒粉體在溫度為50°C?80°C下干燥12h?48h，得到黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑。
[0041]本實施方式的原理:
[0042]本實施方式步驟三得到的干燥后的粉體為白色二氧化鈦納米棒，硼氫化鈉為還原劑，白色二氧化鈦納米棒在加入硼氫化鈉后把Ti4+還原為Ti 3+，通入惰性氣體后，防止空氣氧化，這樣在二氧化鈦表面形成大量Ti3+，因而呈現為黑色二氧化鈦；一般情況下，二氧化鈦為白色納米粒子，只能吸收小于420nm的紫外光，而紫外光只占到太陽能總能量的4%，本實施方式制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑可以吸收紫外、可見、近紅外光，因而提高了對太陽光的利用率；一般的二氧化鈦納米粒子它的電荷傳輸性能較差，而本實施方式制備的黑二氧化鈦可見光光催化劑為棒狀，它有利于光生電子和空穴發生有效分離，這種棒狀結構具有很大的表面-體積比，增加了表面反應位點，能調節催化活性，因而提高了電荷傳輸效率。
[0043]本實施方式的優點:
[0044]—、本實施方式制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑可有效去除有機污染物，電荷傳輸效率尚，因而具有良好的光電性能；
[0045]一■、本實施方式制備的黑一■氧化欽納米棒可見光催化劑，具有尚穩定性，相對價格較低，光催化活性高、無毒、無二次污染的優點，可以重復利用，易回收；
[0046]三、本實施方式方法制備工藝簡單，實驗設備簡單，操作簡便；
[0047]四、本實施方式制備的黑二氧化鈦納米棒可見光催化劑降解羅明丹B的降解率大于 94% ；
[0048]五、本實施方式制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑為棒狀，尺寸為150nm ?300nm ；
[0049]六、本實施方式適合大規模生產D
[0050]本實施方式可獲得一種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法。
[0051]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:步驟一中所述的鈦源為四異丙氧基鈦。其他與【具體實施方式】一相同。
[0052]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟二中將步驟一中得到的混合溶液加入到反應釜中，再將反應