粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法及应用。
【背景技术】
[0002]半导体光催化剂的研究工作，是近些年环境保护与修复的研究热点，其中二氧化钛由于无毒性、化学和生物稳定性好以及相对较高的反应活性，为最常用的光催化剂。然而，宽能带(锐钛矿3.2eV)导致的低可见光催化活性、低比表面积导致的比较差的吸附能力限制了其大规模应用。研究表明，粘土负载是金属氧化物等插入到硅酸盐粘土层间形成的一种粘土负载型多孔材料，该结构可以有效的提升催化剂的吸附性能。通过引入拥有大比表面积的粘土为载体，在社会的各个领域得到了广大学者的关注，尤其是在污水处理和工业催化方面受到青睐。虽然粘土矿物分布广泛，价格低廉，并且具有孔隙率高、耐热性好、吸附性强等性能，但是单纯负载并未很好的解决可见光催化活性低的问题，如何提高可见光利用率仍然是困扰光催化领域的重大问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法。该方法通过硫掺杂进入二氧化钛带隙使得二氧化钛能够被可见光激发，然后与有良好吸附性能的粘土进行复合制备催化剂，制备的催化剂能够对可见光产生响应，具有了可见光活性。另外，该方法以粘土为基体，和硫掺杂的二氧化钛进行复合，不但能增强催化剂对污染物的吸附能力，还能显著提高催化剂的有效活性位。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0005]步骤一、将钛酸正丁酯水解，然后向水解后的钛酸正丁酯中加入二甲基亚砜，搅拌均匀得到溶胶;所述二甲基亚砜的摩尔量为钛酸四丁酯摩尔量的I %?5 % ;
[0006]步骤二、将粘土和水混合后超声分散均匀，得到粘土悬浮液;所述粘土悬浮液中粘土的质量浓度为3%?10%;
[0007]步骤三、向步骤一中所述溶胶中滴加步骤二中所述粘土悬浮液，在温度为60°C?80°C的条件下搅拌反应30min?45min，然后静置Sh?12h;将静置后的物料离心分离，再将分离得到的沉淀干燥后研磨，得到粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂;所述粘土悬浮液的滴加量为使粘土的质量为钛酸正丁酯摩尔量的50?150倍，其中质量的单位为g，摩尔量的单位为mo I。
[0008]上述的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，步骤一中钛酸正丁酯水解的方法为:将钛酸正丁酯滴入不断搅拌的去离子水中，去离子水的体积为钛酸正丁酯摩尔量的I?2倍，其中体积的单位为mL，摩尔量的单位为mmol。
[0009]上述的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，步骤二中所述粘土为累托石、蒙脱石、海泡石或凹凸棒石。
[0010]上述的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，步骤二中所述超声分散的时间为30min?60min。
[0011]上述的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，步骤三中所述离心分离的离心机转速为3000rpm?4000rpm。
[0012]上述的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，步骤三中所述干燥的温度为80°C?100°C。
[0013]另外，本发明还提供了一种上述方法合成的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂在催化降解有机染料酸性红G中的应用。
[0014]上述的应用，其特征在于，应用的方法为:将粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂和酸性红G溶液混合后置于暗箱中搅拌均匀，然后置于覆盖有400nm滤光片的镝灯下催化降解。
[0015]上述的应用，其特征在于，粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的质量为酸性红G质量的200?300倍。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0017]1、本发明的合成方法简单易行，成本低廉，易于控制，将粘土负载与硫掺杂相结合，合成的催化剂具有可见光活性高、吸附性强、易于回收的特点，拓展了粘土矿物和二氧化钛资源的利用思路，提高了矿产资源的利用效率。
[0018]2、本发明以二甲基亚砜为掺杂硫源，避免了其他非金属元素可能带来的干扰，通过硫掺杂进入二氧化钛带隙使得二氧化钛能够被可见光激发，然后与有良好吸附性能的粘土进行复合制备催化剂，制备的催化剂能够对可见光产生响应，具有了可见光活性。另外，以粘土为基体，和硫掺杂的二氧化钛进行复合，不但能增强催化剂对污染物的吸附能力，还能显著提高催化剂的有效活性位。
[0019]3、本发明的可见光催化剂能够在可见光下催化降解有机污染物，可见光照射2h，对酸性红G的催化降解率达到97%以上。
[0020]下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1合成的可见光催化剂的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]本实施例的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法包括以下步骤:
[0024]步骤一、将10mmol钛酸正丁酯滴入不断搅拌的10mL去离子水中水解，然后向水解后的钛酸正丁酯中加入Immo I 二甲基亚砜，搅拌均匀得到溶胶；
[0025]步骤二、将6g累托石和水混合后超声分散30min，得到质量浓度为3%的累托石悬浮液；
[0026]步骤三、向步骤一中所述溶胶中滴加步骤二中所述累托石悬浮液，在温度为60°C的条件下搅拌反应30min，然后静置8h;将静置后的物料在离心机转速为3000rpm的条件下离心分离，再将分离得到的沉淀在80°C条件下干燥后研磨，得到粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂。
[0027]本实施例合成的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂在催化降解有机染料酸性红G中的应用，应用的方法为:将200mg粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂和200mL浓度为5mg/L的酸性红G溶液混合后置于暗箱中搅拌均勾，然后置于覆盖有400nm滤光片的镝灯下催化降解，2h后取样离心，测量离心后的上清液中酸性红G的浓度并计算降解率。
[0028]本实施例合成的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂在可见光下2h内对5mg/L的酸性红降解率达到97.6%。
[0029]本实施例合成的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的XRD图谱如图1，从图中可以看出，粘土累托石的峰(001)信息强烈，证明合成过程中并未破坏粘土的层状结构；另夕卜，从图中还可以看出其中的二氧化钛为锐钛矿晶型。
[0030]实施例2
[0031]本实施例的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法包括以下步骤:
[0032]步骤一、将10mmol钛酸正丁酯滴入不断搅拌的200mL去离子水中水解，然后向水解后的钛酸正丁酯中加入3mmol二甲基亚砜，搅拌均匀得到溶胶；
[0033]步骤二、将15g累托石和水混合后超声分散60min，得到质量浓度为5%的累托石悬浮液；
[0034]步骤三、向步骤一中所述溶胶中滴加步骤二中所述累托石悬浮液，在温度为70°C的条件下搅拌反应40min，然后静置1h;将静置后的物料在离心机转速为3500rpm的条件下离心分离，再将分离得到的沉淀在90°C条件下干燥后研磨，得到粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂。
[0035]本实施例合成的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂在催化降解有机染料酸性红G中的应用，应用的方法为:将200mg粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂和200mL浓度为5mg/L的酸性红G溶液混合后置于暗箱中搅拌均勾，然后置于覆盖有400nm滤光片的镝灯下催化降解，2h后取样离心，测量离心后的上清液中酸性红G的浓度并计算降解率。
[0036]本实施例合成的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂在可见光下2h内对5mg/L的酸性红降解率达到98.3 %。
[0037]实施例3
[0038]本实施例的粘土负载硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的合成方法包括以下步骤:
[0039]步骤一、将I OOmmo I钛酸正丁酯滴入不断搅拌的150mL去离子水中水解，然后向水解后的钛酸正丁酯中加入5mmol二甲基亚砜，搅拌均匀得到溶胶；
[0040]步骤二、将1g累托石和水混合后超声分散50min，得到质量浓度为10%的累托石悬浮液；