粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法及應用。
【背景技術】
[0002]半導體光催化劑的研究工作，是近些年環境保護與修復的研究熱點，其中二氧化鈦由于無毒性、化學和生物穩定性好以及相對較高的反應活性，為最常用的光催化劑。然而，寬能帶(銳鈦礦3.2eV)導致的低可見光催化活性、低比表面積導致的比較差的吸附能力限制了其大規模應用。研究表明，粘土負載是金屬氧化物等插入到硅酸鹽粘土層間形成的一種粘土負載型多孔材料，該結構可以有效的提升催化劑的吸附性能。通過引入擁有大比表面積的粘土為載體，在社會的各個領域得到了廣大學者的關注，尤其是在污水處理和工業催化方面受到青睞。雖然粘土礦物分布廣泛，價格低廉，并且具有孔隙率高、耐熱性好、吸附性強等性能，但是單純負載并未很好的解決可見光催化活性低的問題，如何提高可見光利用率仍然是困擾光催化領域的重大問題。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法。該方法通過硫摻雜進入二氧化鈦帶隙使得二氧化鈦能夠被可見光激發，然后與有良好吸附性能的粘土進行復合制備催化劑，制備的催化劑能夠對可見光產生響應，具有了可見光活性。另外，該方法以粘土為基體，和硫摻雜的二氧化鈦進行復合，不但能增強催化劑對污染物的吸附能力，還能顯著提高催化劑的有效活性位。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]步驟一、將鈦酸正丁酯水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠;所述二甲基亞砜的摩爾量為鈦酸四丁酯摩爾量的I %?5 % ;
[0006]步驟二、將粘土和水混合后超聲分散均勻，得到粘土懸浮液;所述粘土懸浮液中粘土的質量濃度為3%?10%;
[0007]步驟三、向步驟一中所述溶膠中滴加步驟二中所述粘土懸浮液，在溫度為60°C?80°C的條件下攪拌反應30min?45min，然后靜置Sh?12h;將靜置后的物料離心分離，再將分離得到的沉淀干燥后研磨，得到粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑;所述粘土懸浮液的滴加量為使粘土的質量為鈦酸正丁酯摩爾量的50?150倍，其中質量的單位為g，摩爾量的單位為mo I。
[0008]上述的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟一中鈦酸正丁酯水解的方法為:將鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的去離子水中，去離子水的體積為鈦酸正丁酯摩爾量的I?2倍，其中體積的單位為mL，摩爾量的單位為mmol。
[0009]上述的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟二中所述粘土為累托石、蒙脫石、海泡石或凹凸棒石。
[0010]上述的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟二中所述超聲分散的時間為30min?60min。
[0011]上述的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟三中所述離心分離的離心機轉速為3000rpm?4000rpm。
[0012]上述的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法，其特征在于，步驟三中所述干燥的溫度為80°C?100°C。
[0013]另外，本發明還提供了一種上述方法合成的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在催化降解有機染料酸性紅G中的應用。
[0014]上述的應用，其特征在于，應用的方法為:將粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑和酸性紅G溶液混合后置于暗箱中攪拌均勻，然后置于覆蓋有400nm濾光片的鏑燈下催化降解。
[0015]上述的應用，其特征在于，粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的質量為酸性紅G質量的200?300倍。
[0016]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0017]1、本發明的合成方法簡單易行，成本低廉，易于控制，將粘土負載與硫摻雜相結合，合成的催化劑具有可見光活性高、吸附性強、易于回收的特點，拓展了粘土礦物和二氧化鈦資源的利用思路，提高了礦產資源的利用效率。
[0018]2、本發明以二甲基亞砜為摻雜硫源，避免了其他非金屬元素可能帶來的干擾，通過硫摻雜進入二氧化鈦帶隙使得二氧化鈦能夠被可見光激發，然后與有良好吸附性能的粘土進行復合制備催化劑，制備的催化劑能夠對可見光產生響應，具有了可見光活性。另外，以粘土為基體，和硫摻雜的二氧化鈦進行復合，不但能增強催化劑對污染物的吸附能力，還能顯著提高催化劑的有效活性位。
[0019]3、本發明的可見光催化劑能夠在可見光下催化降解有機污染物，可見光照射2h，對酸性紅G的催化降解率達到97%以上。
[0020]下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案作進一步的詳細說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例1合成的可見光催化劑的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]本實施例的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法包括以下步驟:
[0024]步驟一、將10mmol鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的10mL去離子水中水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入Immo I 二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠；
[0025]步驟二、將6g累托石和水混合后超聲分散30min，得到質量濃度為3%的累托石懸浮液；
[0026]步驟三、向步驟一中所述溶膠中滴加步驟二中所述累托石懸浮液，在溫度為60°C的條件下攪拌反應30min，然后靜置8h;將靜置后的物料在離心機轉速為3000rpm的條件下離心分離，再將分離得到的沉淀在80°C條件下干燥后研磨，得到粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑。
[0027]本實施例合成的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在催化降解有機染料酸性紅G中的應用，應用的方法為:將200mg粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑和200mL濃度為5mg/L的酸性紅G溶液混合后置于暗箱中攪拌均勾，然后置于覆蓋有400nm濾光片的鏑燈下催化降解，2h后取樣離心，測量離心后的上清液中酸性紅G的濃度并計算降解率。
[0028]本實施例合成的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在可見光下2h內對5mg/L的酸性紅降解率達到97.6%。
[0029]本實施例合成的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的XRD圖譜如圖1，從圖中可以看出，粘土累托石的峰(001)信息強烈，證明合成過程中并未破壞粘土的層狀結構；另夕卜，從圖中還可以看出其中的二氧化鈦為銳鈦礦晶型。
[0030]實施例2
[0031]本實施例的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法包括以下步驟:
[0032]步驟一、將10mmol鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的200mL去離子水中水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入3mmol二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠；
[0033]步驟二、將15g累托石和水混合后超聲分散60min，得到質量濃度為5%的累托石懸浮液；
[0034]步驟三、向步驟一中所述溶膠中滴加步驟二中所述累托石懸浮液，在溫度為70°C的條件下攪拌反應40min，然后靜置1h;將靜置后的物料在離心機轉速為3500rpm的條件下離心分離，再將分離得到的沉淀在90°C條件下干燥后研磨，得到粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑。
[0035]本實施例合成的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在催化降解有機染料酸性紅G中的應用，應用的方法為:將200mg粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑和200mL濃度為5mg/L的酸性紅G溶液混合后置于暗箱中攪拌均勾，然后置于覆蓋有400nm濾光片的鏑燈下催化降解，2h后取樣離心，測量離心后的上清液中酸性紅G的濃度并計算降解率。
[0036]本實施例合成的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑在可見光下2h內對5mg/L的酸性紅降解率達到98.3 %。
[0037]實施例3
[0038]本實施例的粘土負載硫摻雜二氧化鈦可見光催化劑的合成方法包括以下步驟:
[0039]步驟一、將I OOmmo I鈦酸正丁酯滴入不斷攪拌的150mL去離子水中水解，然后向水解后的鈦酸正丁酯中加入5mmol二甲基亞砜，攪拌均勻得到溶膠；
[0040]步驟二、將1g累托石和水混合后超聲分散50min，得到質量濃度為10%的累托石懸浮液；