一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，以镍、锌、铁的硝酸盐为原料，采用自蔓延燃烧法合成了Ni0.6Zn0.4Fe2O4磁基体。再以金属锶为掺杂剂，以钛酸正丁酯为钛源，包覆Ni0.6Zn0.4Fe2O4磁基体，最后550℃高温煅烧处理，制备得锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂。本发明制备的锶掺杂二氧化钛纳米光催化剂具有处理污染物效率高、易回收等特点，对二氧化钛的大规模应用处理污染废水存在潜在的应用价值和对二氧化钛的碱金属掺杂的进一步探索具有一定的科研意义。
【专利说明】一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，属于光催化剂材料制备领域。
【背景技术】
[0002]纳米TiO2由于其独特的量子效应、尺寸效应、表面效应、较高的化学稳定性以及良好光催化活性，成为了光催化剂的研究热点。纳米TiO2光催化剂在光催化降解过程中，通常以悬浮或固定形式存在，处于悬浮状TiO2粉末虽然比表面积大及受光照的效果好，光催化效率高，但存在回收困难的问题，国内外科技工作者尝试过各种固定化方法，但随之而来的问题是催化剂接触表面积相对较小，光催化效率明显低于悬浮体系。此外，TiO2光催化剂锐钛矿相的禁带宽度为3.2eV，吸收阀值约为387nm，其吸收的紫外光仅占太阳光的4%左右，对太阳光的利用率低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，以镍、锌、铁的硝酸盐为原料，采用自蔓延燃烧法合成了 Nia6Zna4Fe2O4磁基体。再以金属锶为掺杂剂，以钛酸正丁酯为钛源，包覆Nia6Zn0.4Fe204磁基体，最后550°C高温煅烧处理，制备得锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂。本发明制备的锶掺杂二氧化钛纳米光催化剂具有处理污染物效率高、易回收等特点，对二氧化钛的大规模应用处理污染废水存在潜在的应用价值和对二氧化钦的喊金属惨 杂的进一步探索具有一定的科研意义。
[0004]一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下:
(1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.01mol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.8-7.0，搅拌5min，将混合物转至68_72°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中130-150°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Ni。.6Zn0 4Fe204,搅拌8_12min形成溶液A,取原子摩尔比Sr: Ti=1000: 1-15的硝酸银溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min，继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在95-105°C干燥8h，再500-600°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0005]制备的锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂为锐钛矿晶型，粒径约25_40nm，其中二氧化钛的包覆厚度约为5-10nm。
[0006]本发明以Nia6Zna4Fe2O4为磁基体，再以钛酸正丁酯为原料包覆磁基体制备得二氧化钛包覆镍锌铁氧体磁性纳米光催化材料，使二氧化钛能方便回收利用。同时采用金属锶掺杂入二氧化钛晶体里，拓展二氧化钛的禁带宽度，提高对太阳光的利用率。本发明的制备方法流程简单、操作简便，在光催化降解污染物时，降解率和对光源的利用率高，同时方便回收重复利用，制得的锶掺杂二氧化钛包覆Nia 6Zn0.4Fe204磁性光催化剂进行磁性能优良，对二氧化钛的大规模应用处理污染废水存在潜在的应用价值和对二氧化钛的碱金属掺杂的进一步探索具有一定的科研意义。
【具体实施方式】
[0007]下面通过实施例对本发明作进一步说明。
[0008]实施例1
一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下:
(1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.8，搅拌5min，将混合物转至68°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中130°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Nia6Zna4Fe2O4，搅拌8min形成溶液A，取原子摩尔比Sr:Ti=1000:1的0.012g硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min，继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在95°C干燥8h，再500°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0009]实施例2
一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下:
(1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.9，搅拌5min，将混合物转至70°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中140°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Ni0.6Zn0.4Fe204,搅拌IOmin形成溶液A，取原子摩尔比Sr: Ti=IOOO: 5的0.0396g硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min,继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在100°C干燥8h，再550°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0010]实施例3
一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下: (1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.9，搅拌5min，将混合物转至69°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中135°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Ni0.6Zn0.4Fe204,搅拌9min形成溶液A，取原子摩尔比Sr: Ti=IOOO: 10的0.0857g硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min,继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在98°C干燥8h，再580°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0011]实施例4
一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下:
(1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=7.0，搅拌5min，将混合物转至72°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中150°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Nia6Zna4Fe2O4，搅拌12min形成溶液A，取原子摩尔比Sr:Ti=IOOO: 15的0.1185g的硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min，继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在105°C干燥8h，再600°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0012]实施例5:
一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下:
(1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.5，搅拌5min，将混合物转至65°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中120°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Nia 6Zn0.4Fe204,搅拌7min形成溶液A，取原子摩尔比Sr: Ti=IOOO: 5的0.0396g硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min，继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在90°C干燥8h，再450°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0013]实施例6:
一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，具体步骤如下:
(1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法:
按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.01mol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=7.2，搅拌5min，将混合物转至75°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中160°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ；
(2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法:
室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Nia6Zna4Fe2O4，搅拌15min形成溶液A，取原子摩尔比Sr:Ti=1000: 15的0.1185g的硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液。边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min，继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶。将得到的溶胶在110°C干燥8h，再630°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
[0014]用振动样品磁强计(VSM)对锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂进行磁性能测试，测试结果如下表所示:
【权利要求】
1.一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，其特征在于:制备方法包括Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法和锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法。
2.—种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，其特征为: 具体步骤如下: (1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法: 按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.8-7.0，搅拌5min，将混合物转至68_72°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中130-150°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ； (2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法: 室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Nia6Zna4Fe2O4，搅拌8_12min形成溶液A，取原子摩尔比Sr:Ti=IOOO: 1-15的硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液，边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min，继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶，将得到的溶胶在95-105°C干燥8h，再500-600°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种锶掺杂二氧化钛磁性纳米光催化剂的制备方法，其特征为: 具体步骤如下: (1)Nia6Zna4Fe2O4磁基体的制备方法: 按原子摩尔比 Fe:N1:Zn=5:l.5:1，称取 0.015mol 的 Ni (NO3) 2.6H20，0.0lmol 的Zn (NO3)2.6Η20和0.05mol的Fe (NO3) 3.9Η20溶于装有50ml去离子水的烧杯中，再加入50g柠檬酸，用氨水调节PH=6.9，搅拌5min，将混合物转至70°C水浴中超声振荡直至棕红色透明溶胶的出现，转移至干燥箱中140°C干燥12h成干凝胶，将制得的干凝胶置于空气中点燃，即发生自蔓延燃烧生成疏松的棕褐色粉末Nia6Zna4Fe2O4 ； (2)锶掺杂二氧化钛包覆Nia6Zna4Fe2O4磁性光催化剂的制备方法: 室温下，将15 ml钛酸正丁酯加入装有60ml无水乙醇的烧杯中，再加入3g上述制备的Nia6Zna4Fe2O4，搅拌IOmin形成溶液A，取原子摩尔比Sr:Ti=IOOO: 5的0.0396g硝酸锶溶于3mL去离子水中，并加入15mL的冰乙酸，配成B溶液，边搅拌边将B溶液缓慢滴加到A溶液中，滴加速度2 mL/min,继续水浴70°C超声搅拌2h直至得到均匀透明的溶胶，将得到的溶胶在100°C干燥8h，再550°C高温下煅烧2h，得到最终的产物锶掺杂的催化剂。
【文档编号】B01J35/00GK103623830SQ201310636011
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】谢宇, 刘福明, 乐长高, 汪月华, 李明俊, 彭思伟, 潘建飞 申请人:南昌航空大学, 东华理工大学