专利名称：一种掺氮p25纳米二氧化钛粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米二氧化钛的掺杂改性，具体来说是一种掺氮P25 纳米二氧化钛粉体的制备方法。
(二)
背景技术：
二氧化钛的掺杂方法多种多样，主要有表面物理和化学修饰、半 导体复合、有机染料光敏化催化、离子掺杂、共掺杂等，其中以离子 掺杂最为常见。目前国内外常采用掺杂金属离子或非金属等来对Ti02 进行改性。根据掺杂的金属离子的半径和电负性大小等因素，金属离 子可以置换或填隙型离子的形式存在Ti02的晶格中；而掺杂的非金属 离子则一般以置换型离子的形式存在于Ti02的晶格中。通过掺杂可以 使Ti02产生的光生电子、光生空穴被不同的基元捕获，以减少光生电 子和光生空穴的复合；或在Ti02的禁带中引入杂质能级，使其对波长 较长的光子也能产生响应；或阻碍TiCb晶粒的生长，从而达到提高其 光催化性能的目的。
大量的研究表明，用金属离子来对Ti02进行掺杂，可使Ti02的能 级结构发生改变，延长载流子的寿命或促进光生电子和空穴的分离， 以达到提高Ti02光催化活性的目的。但很多金属离子在500-80(TC的 中高温下会促使Ti02从锐钛矿相向金红石相的转变，从而使Ti02光催化活性下降。而且高温热处理会使颗粒发生团聚，影响光催化性能。 用金属离子掺杂的方法来提高Ti02的光催化活性时，很多金属离子的
掺杂是以牺牲Ti02在可见光区的光催化活性为代价，仅有F^+等少量 的金属离子可在一定程度上提高Ti02在可见光区的光催化活性。而当 用非金属离子掺杂来改性Ti02时，既可在紫外区实现提高其光催化活 性的目的，还对其在可见光区的光催化活性有一定的促进作用。用非 金属离子掺杂改性Ti02时(非金属离子取代0)，可使Ti02的带隙变窄， 对可见光的响应增强，使其在紫外-可见光区的光催化活性得到有效 的提高。同时非金属离子的掺杂可有效降低二氧化钛由无定形向锐钛 矿转化的晶化温度，使其具有良好的结晶度的同时，晶粒的尺寸纳米 化，从而具有大的比表面积，使光催化活性得到提高。
P25是一种常见的商业二氧化钛产品，关于对其进行改性，尤其 是关于对其进行掺氮改性研究方面的文献报道比较少见。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种新的掺氮P25纳米二氧 化钛粉体的制备方法，在不提高粉体煅烧温度的前提下使氮能够均匀 的掺入到P25纳米二氧化钛粉体颗粒的内部，并大幅度提高二氧化钛 的光催化效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下将氮盐与 P25纳米二氧化钛粉体混合后进行球磨，将球磨后的粉体煅烧，冷却 后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。具体的， 一种掺氮P25纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤:
(A) 在室温条件下，将氮盐与P25纳米二氧化钛粉体混合后，球 磨0.5 4小时，球磨速度每分钟300 900转；所掺入氮盐中含有的氮
与P25纳米二氧化钛粉体中所含的钛的物质的量比为1: 4~12;
(B) 将歩骤(A)所得球磨后的粉体在400 120(TC条件下煅烧1 8 小时，冷却后即得掺铁掺氮纳米二氧化钛粉体。
下面对上述各步骤的实施进行具体说明。 所述步骤(A)中，氮盐可选择氯化铵和硫酸铵。 所掺入氮盐中含有的氮与P25纳米二氧化钛粉体中所含的钛的
物质的量比优选为l: 6~10，更优选l: 8。
优选球磨时间为1.5 3小时，球磨机速度每分钟400 800转。更 优选球磨时间为2小时，球磨速度每分钟500 600转。
所述步骤(B)中，步骤(A)所得球磨后的粉体优选在500 1000 "C煅烧3 6小时，更优选在60(TC煅烧5小时。
具体推荐所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法按照如 下步骤进行
(A) 在室温条件下，将氮盐与P25纳米二氧化钛粉体混合后，球 磨1.5 3小时，球磨速度每分钟400 800转；所加入氮盐中含有的氮 与P25纳米二氧化钛粉体中所含的钛的物质的量比为1: 6 10;
(B) 将步骤(A)所得球磨后的粉体在500 100(TC煅烧3~6小时， 冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
本发明所述的掺氮纳米二氧化钛粉体的制备方法，其技术优势主要体现在 .
(1) 采用化学方法与物理方法相结合。即首先采用物理方法， 即机械球磨法将氮与P25纳米二氧化钛粉体均匀混合，并使氮盐均匀
的包裹到粉体颗粒表面；其次采用化学方法将氮离子掺入到P25纳米 二氧化钛颗粒表面层，尤其是非晶化层内。即热处理使氮盐发生热分 解反应，在氮盐热分解的同时，氮元素通过与氧元素发生交换反应， 扩散到二氧化钛晶格内，并部分取代氧原子的晶格位，最终达到掺氮 的目的。
(2) 掺N后，由于N与O在离子半径、电负性等方面的差异， 导致二氧化钛内的Ti-O、 O-O和N-O键长与正常的上述键长相比发 生了变化，导致二氧化钛的禁带宽度减小，光的响应波长也随之拓展。 因此， 一方面可提高二氧化钛的光催化效率，另一方面可拓展其光响 应波长，从而大幅度提高光催化性能。
图1是制备本发明所述掺氮P25纳米二氧化钛粉体的工艺流程图。
图2是实施例4制得掺氮P25纳米二氧化钛粉体的X射线(^RD)图。
图3是实施例4制得掺氮P25纳米二氧化钛粉体的扫描电子显微 镜(SEM)图。
图4是掺氮P25 二氧化钛纳米粉体的紫外吸收光谱分析结果，其中1、 2、 3和4分别对应实施例1、 2、 3禾Q4， 5是未掺杂P25纳米
二氧化钛粉体。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范 围并不限于此。 实施例1
(1) 取25g的P25纳米二氧化钛粉体，并按氮与钛的物质的量 比为l: 4取4.18g适量氯化铵，混合后装入球磨机内球磨0.5小时， 并将球磨机的转速设置在每分钟300 400转；
(2) 将球磨后的粉体放置于马弗炉内，升温到400°C，保温8 小时，冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
实施例2
(1) 取100g的P25纳米二氧化钛粉体，并按氮与钛的物质的量 比为l: 10取8.27g硫酸铵，混合后装入球磨机内球磨1小时，并将 球磨机的转速设置在每分钟700 800转；
(2) 将球磨后的粉体放置于马弗炉内，升温到70(TC，保温1.5 小时，冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
实施例3
(1)取50g P25纳米二氧化钛粉体，并按氮与钛的物质的量比为l: 12取3.45g硫酸铵，混合后装入球磨机内球磨4小时，并将球 磨机的转速设置在每分钟800 900转；
(2)将球磨后的粉体放置于马弗炉内，升温到120CTC，保温1 小时，冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
实施例4
(1) 取100g的P25纳米二氧化钛粉体，并按氮与钛的物质的量 比为l: 8取10.34g硫酸铵，混合后装入球磨机内球磨2小时，并将 球磨机的转速设置在每分钟500 600转；
(2) 将球磨后的粉体放置于马弗炉内，升温到600°C，保温5 小时，冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
权利要求
1、一种掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法按照如下步骤进行(A)在室温条件下，将氮盐与P25纳米二氧化钛粉体混合后，球磨0.5～4小时，球磨速度每分钟300～900转；所加入氮盐中含有的氮与P25纳米二氧化钛粉体中所含的钛的物质的量比为1∶4～12；(B)将步骤(A)所得球磨后的粉体在400～1200℃条件下煅烧1～8小时，冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
2、 如权利要求1所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其 特征在于所述氮盐为氯化铵或硫酸铵。
3、 如权利要求1或2所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法， 其特征在于所加入氮盐中含有的氮与P25纳米二氧化钛中所含的钛 的物质的量比为1: 6~10。
4、 如权利要求3所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其 特征在于所加入氮盐中含有的氮与P25纳米二氧化钛中所含的钛的 物质的量比为1: 8。
5、 如权利要求1或2所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法， 其特征在于所述球磨时间为1.5 3小时，球磨机的转速每分钟 400~800转。
6、 如权利要求5所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其 特征在于所述球磨时间为2小时，球磨机的转速每分钟500~600转。
7、 如权利要求1或2所述的惨氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其特征在于所述步骤(B)中，将步骤(A)所得球磨后的粉体在 500-1000'C煅烧3~6小时。
8、 如权利要求7所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其 特征在于所述步骤(B)中，将步骤(A)所得球磨后的粉体在60(TC煅 烧5小时。
9、 如权利要求1所述的掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其 特征在于所述制备方法按照如下步骤进行(A) 在室温条件下，将氮盐与P25纳米二氧化钛粉体混合后，球 磨1.5 3小时，球磨速度每分钟400 800转；所加入氮盐中含有的氮与P25纳米二氧化钛粉体中所含的钛的物质的量比为1: 6 10;所述的氮盐为氯化铵或硫酸铵。(B) 将步骤(A)所得球磨后的粉体在500 100(TC煅烧3 6小时， 冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。
全文摘要
本发明公开了一种掺氮P25纳米二氧化钛粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法为在室温条件下，将氮盐与P25纳米二氧化钛粉体混合后，球磨0.5～4小时，球磨速度每分钟300～900转；所加入氮盐中含有的氮与P25纳米二氧化钛粉体中所含的钛的物质的量比为1∶4～12；然后将球磨后的粉体在400～1200℃条件下煅烧1～8小时，冷却后即得掺氮P25纳米二氧化钛粉体。本发明所述制备方法在不提高粉体煅烧温度的前提下使氮能够均匀的掺入到P25颗粒的内部，大幅度提高了二氧化钛的光催化效率。
文档编号C01G23/00GK101423250SQ20081012184
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者余亚超, 李国华 申请人:浙江工业大学;宝业集团浙江建设产业研究院有限公司