一种钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法
【专利摘要】本发明属功能材料制备技术领域，涉及一种钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，将钛酸四丁酯和硝酸铬,溶解在草酸水溶液中，在加热并且搅拌的条件蒸干水后，进行交联反应，然后在马弗炉进行热处理即获得钛酸铬多孔可见光催化材料。所述钛酸四丁酯、硝酸铬及草酸的摩尔比依次为5∶2：50～100。本发明工艺简便易行，纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，性能优异，可以工业化批量生产。本发明所制备的钛酸铬多孔可见光催化材料作为可见光催化材料使用具有较高的催化活性，在降解染料废水及室内有害气体，光催化消毒等领域具有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于功能材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]1972年，Fujishima等人在Nature上发表了利用T12半导体电极光分解水制取氢气和氧气的实验结果后，半导体光催化的研究很快掀起了热潮(参见Honda K, FujishimaA.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode.Nature，1972，238，37—38.)。光催化研究和应用已进行了很多年，但目前报道的光催化剂仍存在着光转换效率低、稳定性差和光谱响应范围窄等诸多问题问题。关于钛酸盐光催化剂的报道有很多，例如中国专利CN201310406164报道了可见光响应的光催化剂Sr3Ce2Ti6O19及其制备方法。中国专利CN105251475A报道了一种新型的光催化剂钛酸铬(Cr2Ti5O13)的制备方法和应用，但是其固相反应技术耗时较长且需要高温条件，反应通常是在700?1050°C下进行，从而限制了钛酸铬粉体的生产。
【发明内容】
[0003]本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种制备成本低，易于操作控制，反应温度低，目的产物收率高，均一性好，且具有较高催化活性的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法。通过多组对比试验，发现草酸在制备工艺中起着重要作用。所制备的钛酸铬多孔可见光催化材料，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工艺条件下，60分钟降解率达到了 96%以上。本发明制备方法同样可以应用于其它功能材料的化学合成研究，且具有广阔的应用前景。
[0004]为达到上述目的，本发明是这样实现的。
[0005]一种钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，系将钛酸四丁酯和硝酸铬，溶解在草酸水溶液中，在加热并且搅拌的条件蒸干水后，进行交联反应，接续高温反应后，即得目的产物。
[0006]作为一种优选方案，本发明所述钛酸四丁酯、硝酸铬及草酸的摩尔比依次为5:2:50?100
[0007]进一步地，本发明所述的钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.01?0.2mol/Lo
[0008]进一步地，本发明所述的草酸的摩尔浓度为0.1?2.0 mol/Lo
[0009]进一步地，本发明在所述的加热并且搅拌的条件中，加热温度为100°C，搅拌速度为60?300转/分钟。
[0010]进一步地，本发明所述的交联反应温度在150?400°C，交联反应时间为2?8 h。
[0011]更进一步地，本发明所述的高温反应温度在500?600 °C，反应时间为4?8 h。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下特点。
[0013](I)本发明开发了制备钛酸铬多孔可见光催化材料新工艺路线，产品孔道尺寸在10?20nm之间，禁带宽度在1.9?2.leV。该工艺制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，可以实现工业化大量生产。
[0014](2)目的产物收率(99.0%?99.6%)，产品纯度高(99.5 %?99.7 % )可满足工业应用领域对可见光催化材料的要求。
[0015](3)本发明制备的目的产物钛酸铬多孔可见光催化材料是可见光催化材料，60分钟降解率可达到(96.0 %?99.0 % )，具有较高的催化活性。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0017]图1为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料SEM图。
[0018]图2为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料SEM图。
[0019]图3为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料SEM图。
[0020]图4为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料SEM图。
[0021 ]图5为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料SEM图。
[0022]图6为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料X射线衍射图。
[0023]图7为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料紫外可见光谱图。
[0024]图8为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料禁带宽度图。
【具体实施方式】
[0025]本发明设计出一种化学制备方法，通过新的化学途径制备钛酸铬多孔可见光催化材料，其光催化性质可以通过光催化降解典型的染料甲基橙进行评估。本发明以钛酸四丁酯和硝酸铬，溶解在草酸水溶液中，在加热并且搅拌的条件蒸干水后，进行交联反应，接续高温反应后，即得目的产物。本发明制备步骤是。
[0026](I)将钛酸四丁酯和硝酸铬，溶解在草酸水溶液中，钛酸四丁酯和硝酸铬的摩尔比为5:2;钛酸四丁酯和草酸的摩尔比为1:10?20;钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.01?0.2 mol/L;草酸的摩尔浓度为0.1?2.0 mol/Lo
[0027](2)将得到混和溶液在加热并且搅拌的条件蒸干水后，进行交联反应。加热温度为100 °C，搅拌速度为60?300转/分钟；交联反应温度在150?400 °C，交联反应时间为2?4h0
[0028](3)交联反应结束，再进行高温煅烧，高温反应温度在500?600 °C，反应时间为4?8 h，温度下降至室温，即得目的产物。
[0029](4)利用所制备的钛酸铬多孔可见光催化材料作为光催化剂(0.2g/L)，降解1mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氙灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度变化。
[0030]参见图1?5所示，为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料SEM图，可以看出产物为孔道结构分布均一性较好多孔纳米材料。图6为本发明的钛酸铬多孔可见光催化材料X射线衍射图，PDF卡号为:35-0099。图7为本发明所制备的钛酸铬多孔可见光催化材料的紫外光谱图，的吸收边在600 nm左右(图7)，禁带宽度约2.0 eV(图8)。
[0031]实施例1。
[0032]将钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸配成水溶液，在100°C加热，搅拌速度为300转/分钟的条件下蒸发水。其中钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸的摩尔比为5:2:50。钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.05 11101/1，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。蒸干水后，进行交联反应，反应温度在200°C，反应时间为2小时，交联反应结束后，接续在马弗炉中进行高温反应，高温反应温度在600 °C，反应时间为4 h。自然冷却后，即得到目的产物。
[0033]产品孔道尺度在10?12nm之间，禁带宽度为2.leV，其产品的收率为99.1%。产品纯度99.5%，杂质含量:碳小于0.5%。利用所制备的钛酸铬多孔可见光催化纳米材料作为光催化剂(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氣灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度，计算降解率。在光催化评价催化活性的试验中，60分钟的降解率为96.2%ο
[0034]实施例2。
[0035]将钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸配成水溶液，在100°C加热，搅拌速度为200转/分钟的条件下蒸发水。其中钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸的摩尔比为5: 2:100。钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.1 11101/1，草酸的摩尔浓度为1.0 mol/L。蒸干水后，进行交联反应，反应温度在400°C，反应时间为4小时，交联反应结束后，接续在马弗炉中进行高温反应，高温反应温度在500 °C，反应时间为8 h。自然冷却后，即得到目的产物。
[0036]产品孔道尺度在15?20nm之间，禁带宽度为1.9eV，其产品的收率为99.5%。产品纯度99.6%，杂质含量:碳小于0.4%。利用所制备的钛酸铬多孔可见光催化纳米材料作为光催化剂(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氣灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度，计算降解率。在光催化评价催化活性的试验中，60分钟的降解率为96.9%ο
[0037]实施例3。
[0038]将钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸配成水溶液，在100°C加热，搅拌速度为100转/分钟的条件下蒸发水。其中钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸的摩尔比为5:2:50。钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.2 11101/1，草酸的摩尔浓度为2.0 mol/L。蒸干水后，进行交联反应，反应温度在300°C，反应时间为3小时，交联反应结束后，接续在马弗炉中进行高温反应，高温反应温度在600 °C，反应时间为6 h。自然冷却后，即得到目的产物。
[0039 ] 产品孔道尺度在1?15 nm之间，禁带宽度为2.0eV，其产品的收率为99.5%。产品纯度99.7%，杂质含量:碳小于0.3%。利用所制备的钛酸铬多孔可见光催化纳米材料作为光催化剂(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氙灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度，计算降解率。在光催化评价催化活性的试验中，60分钟的降解率为98.1%。
[0040]实施例4。
[0041]将钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸配成水溶液，在100°C加热，搅拌速度为60转/分钟的条件下蒸发水。其中钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸的摩尔比为5:2:50。钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.05 11101/1，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。蒸干水后，进行交联反应，反应温度在400°C，反应时间为2小时，交联反应结束后，接续在马弗炉中进行高温反应，高温反应温度在500 °C，反应时间为8 h。自然冷却后，即得到目的产物。
[0042 ] 产品孔道尺度在15?18nm之间，禁带宽度为2.1 eV，其产品的收率为99.5%。产品纯度99.6%，杂质含量:碳小于0.4%。利用所制备的钛酸铬多孔可见光催化纳米材料作为光催化剂(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氣灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度，计算降解率。在光催化评价催化活性的试验中，60分钟的降解率为99.0%ο
[0043]实施例5。
[0044]将钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸配成水溶液，在100°C加热，搅拌速度为150转/分钟的条件下蒸发水。其中钛酸四丁酯、硝酸铬和草酸的摩尔比为5:2:50。钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.05 11101/1，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。蒸干水后，进行交联反应，反应温度在300°C，反应时间为4小时，交联反应结束后，接续在马弗炉中进行高温反应，高温反应温度在500 °C，反应时间为5 h。自然冷却后，即得到目的产物。
[0045]产品孔道尺度在15?18nm之间，禁带宽度为2.0eV，其产品的收率为99.6%。产品纯度99.6%，杂质含量:碳小于0.4%。利用所制备的钛酸铬多孔可见光催化纳米材料作为光催化剂(0.2g/L)，降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氣灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度，计算降解率。在光催化评价催化活性的试验中，60分钟的降解率为98.9%ο
[0046]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于，将钛酸四丁酯和硝酸铬，溶解在草酸水溶液中，在加热并且搅拌的条件蒸干水后，进行交联反应，接续高温反应后，即得目的产物。2.根据权利要求1所述的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于:所述钛酸四丁酯、硝酸铬及草酸的摩尔比依次为5:2:50?100。3.根据权利要求2所述的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于:所述的钛酸四丁酯的摩尔浓度为0.01?0.2 mol/Lo4.根据权利要求3所述的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于:所述的草酸的摩尔浓度为0.1?4.0 mol/Lo5.根据权利要求4所述的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于:在所述的加热并且搅拌的条件中，加热温度为100°C，搅拌速度为60?300转/分钟。6.根据权利要求5所述的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于:所述的交联反应温度在150?400°C，交联反应时间为2?4 ho7.根据权利要求6所述的钛酸铬多孔可见光催化材料的制备方法，其特征在于:所述的高温反应温度在500?600°C，反应时间为4?8 ho
【文档编号】A62D101/28GK105903463SQ201610338136
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】张 杰, 许家胜, 孙啸虎, 王莉丽, 张艳萍, 杨喜宝, 于禄, 崔岩, 张帆
【申请人】渤海大学