专利名称：：具有可见光响应的碳氮掺杂二氧化钛光催化剂及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种光催化剂，特别是涉及一种具有可见光响应的光催化剂。本发明还涉及上述催化剂的制备方法。本发明还涉及上述催化剂的用途。
背景技术：
：近年来，环境污染问题日益严重，半导体多相光催化技术由于其在水污染和空气污染治理方面的巨大潜力而逐渐成为被广泛研究的一项技术。半导体光催化剂大多属于宽禁带n型半导体化合物，如二氧化钛，二氧化锡，三氧化钩，氧化锌，硫化镉，硒化镉等，而二氧化钛具有无毒、稳定、价廉、能完全矿化多种有机物等特点，所以是研究和应用最为广泛的一种光催化剂。但是，二氧化钛在实际应用过程中还受到诸多因素的限制，主要有(1)锐钛矿型二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，只能在波长小于387.5nm的紫外光的激发下才能显示出不俗的光催化活性，而紫外光仅占太阳能射线的5%左右，大大限制了二氧化钛对太阳光或人工光源中可见光的利用率；(2)纳米二氧化钛粉体在处理液相污染物的过程中，存在吸附能力弱、易团聚失活、易流失而难回收、易沉淀而难以得到光照等不足，因此对污染物的光催化降解效果甚弱，尤其当污染物的浓度较低时，二氧化钛的光催化活性就更加显得微不足道。因此，对二氧化钛进行改性，拓宽其光谱响应范围和提高在太阳光或可见光下的光催化量子效率，以及消除二氧化钛粉体处理液相污染物所面临的不足，是国内外在环境治理领域最具有挑战性的一项研究课题，也是实现二氧化钛光催化技术工业化应用所必需解决的一个关键要素。
发明内容本发明的意义在于提供一种具有可见光响应的光催化剂，这种碳氮惨杂二氧化钛光催化剂，既能有效的被可见光激发，又能保持良好的稳定性和较高的催化活性，同时制备工艺简单、成本低廉。本发明提供的光催化剂是由碳氮掺杂的半导体氧化物颗粒组成，其特征在于该催化剂是碳氮掺杂的二氧化钛组成。二氧化钛粒子直径在5个纳米到10微米之间。本发明的具有可见光响应的碳氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法如下二氧化钛溶胶的制备将一定量的钛酸四丁酯溶于80毫升无水乙醇中，然后快速加入一定量的浓盐酸，剧烈搅拌2小时后，逐滴加入5毫升去离子水，滴加完毕后，停止搅拌，形成黄色透明溶胶，该溶胶在室温下老化24小时后得到二氧化钛溶胶。原位聚合法制备苯胺/二氧化钛前体将一定量的二氧化钛溶胶置于O'C的冰水浴中，在搅拌下加入一定量的苯胺，保持苯胺与二氧化钛的摩尔比为0.001-2:1，然后将过硫酸铵的盐酸溶液逐滴加入到苯胺和—氧化钛的溶胶中，保持苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1:1,再用盐酸或氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为4，然后继续搅拌3小时。将产生的沉淀抽滤，依次用盐酸和蒸馏水洗涤，然后80"C真空干燥6小时得到苯胺/二氧化钛前体。碳氮掺杂的二氧化钛的制备将苯胺/二氧化钛前体在空气中35070(TC焙烧l~6h得到最终催化剂。本发明的具有可见光响应的光催化剂可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。以下具体说明本发明的效果。在可见光辐射下降解亚甲基蓝的光催化活性测试具体方法和条件如下催化剂的光催化氧化活性是在自制的光催化反应器中进行。采用300W氙灯(人>420nm)为辐射光源，反应液为250毫升10毫克/升的亚甲基蓝水溶液，催化剂加入量为1.0克。在剧烈的搅拌下每隔30分钟抽取少量反应液，在665nm处测定溶液吸光度。再根据亚甲基蓝的浓度吸光度标准曲线确定溶液浓度。具体实施方案实施方案1将0.06摩尔的钛酸四丁酯溶于80毫升蒸馏水中，然后快速加入2毫升浓盐酸，剧烈搅拌2小时后，缓慢滴加7毫升去离子水，滴加完毕后停止搅拌，将所得溶液在室温下老化24小时后得到淡黄色二氧化钛溶胶。将老化后的二氧化钛溶胶全部转移到500毫升底烧瓶中，并置于冰水浴中，将0.06摩尔苯胺缓慢滴入到二氧化钛溶胶中，继续搅拌10分钟后加入含有0.06摩尔过硫酸铵的盐酸溶液20毫升，用1摩尔/升的氢氧化钠溶液调节体系pH值为4，继续搅拌3小时后，将产生的沉淀抽滤，依次用稀盐酸蒸馏水和蒸馏水洗涤，然后80'C真空干燥6小时得到前体。最后将前体在500'C焙烧3小时，冷却后得到光催化剂。实施方案2将实施方案1中的前体在35(TC焙烧3小时，冷却后得到光催化剂。实施方案3将实施方案1中的前体在400'C焙烧3小时，冷却后得到光催化剂。实施方案4将实施方案1中的前体在450'C焙烧3小时，冷却后得到光催化剂。实施方案5将实施方案1中的前体在600'C焙烧3小时，冷却后得到光催化剂。实施方案6将实施方案1中的前体在700'C焙烧3小时，冷却后得到光催化剂。实施方案7将实施方案l中苯胺变为0.03摩尔，过硫酸铵变为0.03摩尔，其它条件不变。实施方案8将实施方案l中苯胺变为0.015摩尔，过硫酸铰变为0.015摩尔，其它条件不变。实施方案9将实施方案l中苯胺变为0.0625摩尔，过硫酸铵变为0.0625摩尔，其它条件不变。本发明所制得的光催化剂可负载于载体上，本发明不限于以上实施方案。对实施方案中所得光催化剂进行了可见光照射下的光催化反应测试，具体结果如表1。表1碳氮掺杂二氧化钛光催化剂的催化性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>权利要求1.一种可见光响应的碳氮掺杂二氧化钛光催化剂，成份包括二氧化钛，其特征在于该光催化剂的成份是碳氮掺杂的二氧化钛；二氧化钛直径在5个纳米到10微米之间；2.根据权利要求1的一种光催化剂，其特征在于光反应在可见光、紫外光和太阳光下进行；3.—种制备权利要求1所述光催化剂的方法，采用空气中高温焙烧法和机械混合法生产工艺，其特征在于该方法中的烧结温度为30070(TC，保温时间为16小时；4.根据上述任一项权利要求所述的光催化剂用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。全文摘要本发明涉及一种具有可见光响应的碳氮掺杂二氧化钛光催化剂及其制备方法，属于无机纳米光催化材料领域。该催化剂是以钛酸四丁酯为原料，以盐酸为催化剂，在醇和水中发生水解反应得到二氧化钛溶胶，再采用原位聚合的方法得到苯胺/二氧化钛前体，将前体粉末在350～700℃焙烧得到碳氮掺杂二氧化钛光催化剂。本发明制备的光催化剂在较宽的波长范围内具有光催化活性，能够在紫外光、可见光或自然光辐射下光分解净化处理有毒有害化学物质。文档编号C02F1/30GK101543772SQ20091006869公开日2009年9月30日申请日期2009年4月30日优先权日2009年4月30日发明者宋立民申请人:天津工业大学